Lo stampaggio a iniezione è una delle tecniche più comuni utilizzate nella produzione di materie plastiche, in quanto le parti vengono "iniettate" negli stampi per formare parti con dimensioni specifiche. Questo processo dipende dalle considerazioni di progettazione della parte in plastica per ottenere efficienza nel soddisfare gli obiettivi di prestazione e l'estetica e il costo di queste parti. Questo articolo esamina le caratteristiche di progettazione fondamentali di una parte in plastica che devono essere considerate durante lo stampaggio a iniezione, come nervature, sporgenze, porte, sprice, tolleranza e i loro effetti, selezione del materiale e angoli arrotondati.

Cos'è lo stampaggio a iniezione di materie plastiche?

La progettazione delle parti in plastica comporta il disegno delle caratteristiche dei sottoassiemi e delle parti da realizzare con lo stampaggio a iniezione, un processo di formazione di parti dalla plastica fusa. Ciò è caratterizzato dall'arrivo al miglior design che renderà le parti resistenti, operative ed economiche da produrre.

Fondamenti del processo di stampaggio a iniezione

Prima di comprendere la parte in plastica di progettazione, diamo un'occhiata ai processi importanti dello stampaggio a iniezione di plastica. Questi possono includere;

1. Scioglimento

I pellet di plastica vengono forniti alla macchina per stampaggio a iniezione e poi riscaldati fino a raggiungere la temperatura di picco. Qui i pellet si trasformano nella forma liquida della plastica. Ciò rende la plastica più flessibile e può essere facilmente modellata in varie forme.

2. Iniezione

L'iniezione di plastica comporta l'iniezione di plastica fusa nella cavità dello stampo utilizzando alta pressione. Lo stampo è realizzato in modo tale da creare una determinata parte. Inoltre, la pressione assicura che la plastica assuma tutta la forma dello stampo.

3. Raffreddamento

Una volta riempito lo stampo con il materiale plastico, deve essere raffreddato per indurirsi e poi rimosso. Il raffreddamento può essere effettuato con l'aiuto di aria di raffreddamento o acqua per lo stampo. Questo processo trasforma la plastica in un materiale sufficientemente duro e può assumere la forma dello stampo.

4. Espulsione

C'è un'altra operazione quando la plastica indurita viene spinta fuori dallo stampo se lo stampo è aperto durante il raffreddamento. La parte viene rimossa senza la sua distruzione mediante l'uso di perni di espulsione o altri metodi. Quindi lo stampo si chiude per ricominciare per la successiva parte in plastica.

Chiave Considerazioni su Progettazione di parti in plastica per stampaggio a iniezione

Quando si lavora con lo stampaggio a iniezione, la progettazione ottimizzata delle parti in plastica è importante per realizzare uno stampaggio a iniezione di alta qualità e competitivo costo stampaggio a iniezioneDi seguito discuteremo le importanti considerazioni sulla progettazione delle parti in plastica per il processo di stampaggio a iniezione;

1. Geometria delle parti

La geometria delle parti gioca un ruolo importante nel gestire le forme. Quindi, discutiamo le diverse considerazioni che possiamo adottare per aumentare l'efficacia del processo di stampaggio a iniezione.

I. Complessità:

I design sono piuttosto semplici o complessi, il che implica che il costo di uno stampo dipenderà dalla complessità di una parte e dal design dello stampo. Inoltre, la complessità del design si traduce in un gran numero di parti. Le parti piatte come un pannello piatto sono più economiche e facili da stampare rispetto alla progettazione di una parte con molti sottosquadri o caratteristiche. Una delle realtà del settore è che i design intricati richiedono lo sviluppo di stampi intricati, il che a sua volta significa costi maggiori.

II. Spessore uniforme della parete:

Dovrebbe essere uniforme tra le sezioni nel lavoro di progettazione perché l'uniformità comporta meno problemi di fabbricazione. Quando una parte ha pareti sottili e pareti spesse, la causa è solitamente la diversa velocità di raffreddamento a cui la parte è sottoposta durante il processo di stampaggio. Tale raffreddamento può portare a deformazioni. Qui il materiale si piega o si deforma o lascia segni che sono ammaccature sulla superficie perché le sezioni spesse impiegano più tempo a raffreddarsi e solidificarsi rispetto alle sezioni sottili.

2. Angoli di sformo

Gli angoli di sformo sono lievi rialzi realizzati sui lati di una parte per consentirne una facile separazione dallo stampo. Senza angoli di sformo, la parte in plastica potrebbe incastrarsi nello stampo, il che sarà sempre difficile da rimuovere senza compromettere l'integrità strutturale della parte e il materiale dello stampo. Di solito si imposta un angolo di sformo compreso tra 1 e 3 gradi, in modo che la parte possa essere facilmente espulsa senza causare determinati problemi.

3. Tolleranza e precisione dimensionale

Le tolleranze, d'altro canto, sono i limiti accettabili di deviazione per quanto riguarda le dimensioni di una parte. Queste tolleranze devono essere precise per adattarsi perfettamente alla parte e funzionare nel modo giusto. Ci sono ovviamente alcune limitazioni e requisiti associati a questo, tra cui il fatto che è possibile una tolleranza più stretta, come piccole variazioni. Tuttavia, saranno costose da ottenere perché gli stampi e il controllo qualità hanno un'elevata tolleranza. Al contrario, i livelli di tolleranza più bassi sono molto più facili da mantenere ma, allo stesso tempo, probabilmente influenzano le prestazioni o l'interferenza della parte.

4. Costole e bossoli

I. Costole

Le nervature sono elementi di rinforzo extra che vengono incorporati all'interno di una parte per aumentarne la resistenza e la rigidità, ma contribuiscono leggermente alla parte con una massa extra. Vengono utilizzate in questo modo per evitare deformazioni della parte, fornendo un supporto extra alla porzione specifica. I segni di cedimento (sono ammaccature dove la nervatura incontra la parete principale) dovrebbero essere prevenuti con nervature che dovrebbero essere spesse la metà delle pareti circostanti. Questo bilanciamento dello spessore aiuta il raffreddamento e riduce anche lo stress. Le nervature sono realizzate in materiale di grado SS 304 per ridurre al minimo il cedimento e correggere lo stress.

II. I padroni

I boss sono parti sporgenti caratteristiche sollevate che servono principalmente come punti di ancoraggio per fissare altre parti. Devono essere irrigiditi, il più delle volte con nervature, per resistere al carico meccanico senza rompersi o trasformarne la forma. I boss devono anche essere disegnati con uno spessore adeguato in modo che possano essere abbastanza forti da resistere alla prova del tempo.

5. Cancelli e canali di colata

Io cancelli

Sono i punti in cui la plastica fusa inizia a fluire o a entrare nello stampo. Il posizionamento e la progettazione del gate sono un altro aspetto importante che deve essere preso in considerazione per garantire che lo stampo venga riempito e, ancora di più, per ridurre i difetti. I gate solitamente utilizzati sono i gate di bordo, che sono posizionati sui bordi della parte, i gate a perno, che sono piccoli gate posizionati in una posizione specifica e i gate sottomarini, che sono posizionati all'interno della parte. Quindi, un design appropriato del gate garantisce che i materiali vengano riempiti uniformemente, prevenendo sprechi e lo sviluppo di difetti.

II. Sprue

La sprue è un sistema di canali attraverso il quale la plastica fusa viene diretta nella cavità dello stampo. La sprue è solitamente più spessa delle altre canaline e spesso viene stampata separatamente in modo che possa essere facilmente separata dal resto dello stampo quando lo stampo viene assemblato. La progettazione di un modello di sprue semplice ed efficiente consente di ridurre la quantità di materiale di scarto utilizzato, oltre a un facile prelievo dallo stampo. La sprue dovrebbe essere ben progettata in modo tale da favorire il flusso della plastica e dovrebbe anche ridurre al minimo la quantità di plastica che deve essere tagliata dopo lo stampaggio.

6. Sistemi di espulsione

Funzione: quando la parte si solidifica dopo il raffreddamento, i perni di espulsione vengono impiegati per espellere la parte dallo stampo. Ogni volta che si progetta il perno di espulsione è importante disporlo attorno alla parte in modo tale che non la rovini o che non le dia un brutto aspetto. Un buon posizionamento dei perni di espulsione svolge un ruolo significativo nell'espulsione facile e corretta delle parti dallo stampo.

Considerazioni di progettazione	Linee guida/valori importanti	Spiegazione
Complessità	Si preferiscono geometrie più semplici	Le progettazioni complesse aumentano i costi e la difficoltà degli stampi.
Spessore uniforme della parete	Da 1,5 mm a 4 mm	Lo spessore uniforme impedisce deformazioni e segni di cedimento.
Angolo di sformo	1° – 3°	Permette una facile espulsione dallo stampo.
Precisione dimensionale	±0,1 mm – ±0,5 mm	Abbinamento alle capacità di processo per uno stampaggio conveniente.
Spessore delle costole	50% di spessore della parete	Aiuta a prevenire i segni di cedimento e migliora la resistenza strutturale.
Spessore del boss	60% – 80% di spessore nominale della parete	Garantisce resistenza meccanica e gestione delle sollecitazioni.
Posizione del cancello	Vicino a sezioni spesse, lontano dalle superfici visive	Garantisce un riempimento corretto e riduce i difetti.
Diametro del canale di colata	Da 1,5 mm a 6 mm	Garantisce il flusso regolare della plastica fusa.
Posizione del perno di espulsione	Lontano dalle superfici cosmetiche	Garantisce l'espulsione regolare dei pezzi senza danni alla superficie.

7. Interferenza adatta

Gli accoppiamenti con interferenza vengono utilizzati quando è necessario collegare fori e alberi in modo tale da essere in grado di trasmettere coppia e altri tipi di forze in modo efficiente. Negli accoppiamenti con interferenza, le tolleranze e la temperatura di esercizio devono essere attentamente considerate per consentire una connessione affidabile senza grandi sforzi di assemblaggio.

Il livello di interferenza può essere determinato da precise equazioni matematiche che considerano lo stress di progettazione, il coefficiente di Poisson, il modulo elastico e i coefficienti geometrici. La forza di assemblaggio richiesta per gli accoppiamenti di interferenza è anche stimata da questi calcoli.

8. Raccordi e angoli arrotondati nella progettazione di parti in plastica

Ciò causa concentrazione di tensione e difetti sui componenti in plastica nel caso in cui vengano utilizzati angoli acuti. Valori maggiori di dimensione del raccordo, ovvero angoli arrotondati, abbassano il livello di concentrazione di stress e, allo stesso tempo, consentono un flusso libero e più facile del materiale plastico durante il processo di stampaggio. È fondamentale creare principi di progettazione del raggio d'angolo per evitare i problemi di spessore uniforme della parete e di restringimento.

9. Fori

I. Fori passanti

I fori che attraversano lo spessore della parte sono più utilizzati e più facili da creare rispetto ad altri tipi di fori. Da un punto di vista strutturale, sono più facili da controllare durante la progettazione dello stampo. Possono essere prodotti impiegando anime fisse sia nella parte scorrevole che in quella fissa dello stampo oppure avendo una sola anima nella parte scorrevole e in quella fissa dello stampo. La prima forma due travi a sbalzo con bracci corti sotto l'influenza della plastica fusa, ma subisce un cambiamento trascurabile.

Quest'ultimo forma una trave semplicemente appoggiata con deformazione trascurabile. Per evitare questa condizione, uno dei diametri del nucleo dovrebbe essere leggermente maggiore e l'altro leggermente minore dell'altro in modo che tutte le facce di accoppiamento siano il più lisce possibile.

II. Fori ciechi

I fori ciechi, ovvero i fori che non sono forati attraverso la parte, sono più difficili da modellare. Sono generalmente costruiti utilizzando un'anima a trave a sbalzo e l'anima tende a piegarsi con l'impatto della plastica fusa, producendo così fori dalla forma irregolare. I fori ciechi sono fori che terminano bruscamente e, in genere, la profondità del foro cieco non dovrebbe essere più del doppio del diametro del foro.

Per fori ciechi di diametro pari a 1, il suo spessore dovrebbe essere di 5 mm o meno mentre la sua profondità non dovrebbe superare il suo diametro. Lo spessore della parete inferiore del foro cieco dovrebbe essere almeno un sesto del diametro del foro per evitare il restringimento.

III. Fori laterali

I fori laterali vengono realizzati attraverso anime laterali e ciò comporta costi di stampo e manutenzione dello stampo poiché la lunghezza delle anime laterali può essere un problema in quanto potrebbero rompersi. Per affrontare tali sfide, il design può essere reso efficiente come un modo per correggere le attuali inefficienze, quindi i costi.

10. Collegamenti a scatto nella progettazione di parti in plastica

Gli assemblaggi a scatto sono economici e rispettosi dell'ambiente, poiché non sono necessari altri elementi di fissaggio. Sono l'aggancio di una parte sporgente oltre un'estensione esterna su un altro elemento in cui la deformazione elastica delle parti consente la formazione di una chiave di interblocco. Esistono principalmente tre tipi di assemblaggi a scatto, ovvero a sbalzo, anulari e a sfera.

Nella progettazione snap-fit sono coinvolti due angoli critici: il lato di retrazione e il lato di entrata. Il lato di retrazione dovrebbe normalmente essere più lungo del lato della guarnizione per ottenere una migliore prestazione di bloccaggio. La deflessione ammissibile della struttura può essere trovata tramite equazioni specifiche per un dato snap-fit utilizzando le costanti del materiale e i coefficienti geometrici.

11. Finitura superficiale e texture

I seguenti metodi possono aiutarci a ottenere finiture superficiali e texture efficienti per il prodotto finale;

1. Ottenere l'estetica desiderata: La finitura superficiale di una parte non solo determina l'aspetto della parte, ma anche la sensazione al tatto della parte. Il progettista imposta la texture o la finitura in base alle esigenze estetiche, come opaco o lucido.
2. Impatto della consistenza sul rilascio dello stampo: Si vede che la natura della texture superficiale gioca un ruolo importante nel determinare la facilità con cui la parte può essere rilasciata dallo stampo. Forme complesse possono interporre alcune sfide extra che dovrebbero essere estranee alla progettazione per facilitare il rilascio facile dallo stampo.
3. Tecniche di finitura superficiale: Per ottenere una finitura ottimale, è possibile ricorrere a lavorazioni aggiuntive, come lucidatura, levigatura o applicazione di una mano di vernice finale.

12. Tolleranze e stabilità dimensionale

Pertanto, le seguenti considerazioni contribuiranno anche ad aumentare l'efficienza della progettazione dei componenti in plastica.

1. Progettazione per tolleranze strette: I componenti con livelli di tolleranza più rigorosi forniscono un ambiente impegnativo per la progettazione di stampi con maggiori problemi di controllo del processo di stampaggio effettivo. Alcuni punti importanti dovrebbero essere considerati per prevedere le differenze nel flusso di materiale e nel raffreddamento.
2. Contabilizzazione del ritiro dei materiali: Per controllare il restringimento del materiale, i progettisti devono impostare la dimensione della cavità dello stampo leggermente più piccola. L'utilizzo di questo formato aiuta a garantire che la parte finale soddisfi le dimensioni necessarie richieste.
3. Considerazioni sugli utensili: Per questo motivo, lo strumento deve essere preciso nelle dimensioni e ben mantenuto, per migliorare la stabilità dimensionale delle parti stampate.

13. Selezione del materiale

Gli utenti sono quindi incoraggiati ad assicurarsi di selezionare il materiale appropriato che consentirà loro di ottenere le prestazioni richieste delle parti stampate. Tutti i termoplastici, inclusa la varietà amorfa e semicristallina, hanno le loro caratteristiche. I fattori includono la resistenza meccanica dei materiali da incorporare e la loro cristallizzazione, nonché la loro igroscopicità.

14. Analisi del flusso dello stampo

La parte di progettazione comprende anche l'analisi del flusso dello stampo. Quindi, possiamo ottimizzarla utilizzando il seguente processo;

• Importanza della simulazione del flusso dei materiali: L'analisi del flusso dello stampo mira a determinare come ci si aspetta che la plastica fusa scorra all'interno dello stampo. Quindi, può aiutare a identificare aree di trappola d'aria, linee di saldatura e flusso irregolare.
• Identificazione di potenziali problemi:È possibile dimostrare che la simulazione può identificare alcuni problemi prima della produzione, che i progettisti possono correggere in parte durante la progettazione dello stampo.
• Ottimizzazione della progettazione delle parti per il flusso dello stampo: Le modifiche che possono essere apportate in base al flusso dello stampo contribuiscono a migliorare la qualità del pezzo e a ridurre al minimo i tassi di difettosità.

15. Prototipazione e test

Ecco quindi alcune tecniche di prototipazione e test che possiamo utilizzare per verificare l'efficacia della parte di progettazione.

1. Utilizzo di tecniche di prototipazione rapida: Tecniche come la prototipazione rapida aiutano i progettisti a costruire prototipi del pezzo di ricambio e a testare e valutare la parte fisica prima di adottarla per la produzione.
2. Esecuzione di test fisici: I prototipi sottoposti a test che incorporano questa parte consentono la valutazione della parte per le sue prestazioni, durata e capacità della parte di soddisfare la funzione prevista. Fornisce valore aggiuntivo in quanto fornisce un'idea sui miglioramenti che possono essere apportati alla sua progettazione.
3. Iterazione dei progetti prima della produzione finale: Sulla base dei risultati dei test, potrebbe essere possibile modificare la progettazione del componente e intervenire sui relativi problemi, nonché migliorarne le prestazioni.

Errori di progettazione comuni e come evitarli durante la progettazione

Ecco alcuni errori importanti da evitare quando si progettano parti in plastica.

1. Scarsa selezione dei materiali: La selezione di un materiale non appropriato ostacola le prestazioni della parte e la sua producibilità. È necessario scegliere i materiali giusti che soddisfino le esigenze della parte.
2. Ignorando gli angoli di sformo: Ad esempio, avere angoli di sformo piccoli può causare problemi con l'espulsione delle parti e l'usura dello stampo. Assicuratevi che gli angoli di sformo siano inclusi nel layout.
3. Geometria delle parti eccessivamente complicata: Tali forme complicano lo stampo e la sua fabbricazione e aumentano il costo dello stampo. Ridurre il più possibile la complessità dei design per aumentarne la producibilità.
4. Spessore della parete inadeguato: Porosità, incoerenza nello spessore o variazioni nello spessore della parete influiscono negativamente sul prodotto con problemi quali deformazioni e segni di ritiro. È importante mantenere costante lo spessore della parete del pezzo per evitare variazioni nello spessore delle pareti.

Conclusione

In conclusione, diversi fattori devono essere considerati durante la progettazione di una parte in plastica per stampaggio a iniezione, ad esempio tipi di fori, bossoli, accoppiamenti a scatto o accoppiamenti a interferenza e molti altri come tolleranze, materiali richiesti e raggi degli angoli. Con l'apprezzamento di questi principi, i progettisti possono sviluppare parti stampate di buona qualità, durevoli ed economiche da produrre. Progettare progetti in base alle caratteristiche del progetto e alle condizioni ambientali garantisce i migliori risultati e stabilità.

Domande frequenti

D1. Perché la progettazione dei componenti è importante nello stampaggio a iniezione?

Ci aiuterà a realizzare l'efficacia procedurale e operativa. Perché la progettazione di produzione incorpora strategie che possono produrre efficacemente la parte con elevata accuratezza, meno difetti e un uso ridotto di materiale.

D2. Cosa sono i fori passanti?

I fori passanti sono quei fori che attraversano un pezzo intero e sono relativamente più facili da modellare e controllare.

D3. Cosa sono i fori ciechi?

I fori ciechi non si estendono attraverso una parte e possono essere più difficili da modellare poiché il foro potrebbe piegarsi e deformarsi.

D4. A cosa si riferiscono i fori laterali nello stampaggio a iniezione?

I fori laterali sono realizzati con anime laterali che possono aumentare la complessità dello stampo e quindi costo dello stampo a iniezione.

D5. Come dovrebbero essere progettati i boss?

Dovrebbero esserci anche dei raccordi alle connessioni e un corretto spessore della parete dello stampaggio a iniezione. Quindi, possono aiutare a sopportare lo stress della parte. Inoltre, i boss devono anche essere inclusi nella struttura della parte.

D6. Cosa si intende per collegamento a scatto?

Nel collegamento a scatto, una parte viene deformata elasticamente per adattarsi all'altra, senza dover ricorrere a elementi di fissaggio meccanici diretti.

D7. Come calcoliamo l'interferenza che dovrebbe essere creata?

L'interferenza si ottiene mediante lo sforzo di progetto, il coefficiente di Poisson e i coefficienti geometrici.

D8. Quali sono i livelli di tolleranza nello stampaggio a iniezione di materie plastiche?

I limiti di tolleranza comprendono tolleranze di uso generale, medie e di alta precisione, che determinano la qualità e i prezzi del stampaggio a iniezione prodotti.