Formdesign for sprøytestøping

Det første steget i mugg design for sprøytestøping er å innhente de nødvendige dataene. Dette innebærer å finne ut hvor mange hulrom det skal være, velge materiale til støpeformen og samle inn relevant informasjon. Dette kan gjøre det nødvendig å samarbeide med spesialister som materialingeniører, verktøymakere og kostnadsanalytikere. Selv om støpematerialet vanligvis ikke velges av formdesigneren, krever vellykket formdesign en forståelse av flere viktige faktorer. Sjekk tips om design av ribber for plastdeler.

Materialvalg for formdesign

Å forstå egenskapene til støpematerialene er viktig når du designer sprøytestøpeformer. varierende materialer og til og med kvaliteter har forskjellig krympningshastighet, så det er viktig å bekrefte dette først før du starter formdesign, for hvis krympingen har satt seg i formdesignen, kan du senere ikke bytte til annet krympemateriale, fordi det vil endre på delens dimensjoner. Noen plastmaterialer er bedre til å absorbere og avgi varme, noe som påvirker hvor godt formen kjøler seg ned. Dette kan påvirke hvor formens kjølekanaler er plassert, og utformingen av porten, løperen og ventilen påvirkes i stor grad av plastens viskositet.

Hensyn til krymping

En viktig faktor ved utforming av støpeformer er krymping, eller sammentrekningsfasen som oppstår i polymerer. Hvor mye en del vil krympe etter at den er tatt ut av formen, bestemmes av krympefaktoren som er allokert til hver plasttype. Plast kan krympe på en anisotropisk eller isotropisk måte. I likhet med amorfe materialer krymper isotrope materialer jevnt i alle retninger. Anisotrope materialer - som ofte er krystallinske - kan derimot vise større krymping langs strømningsretningen.

For å oppnå den nødvendige størrelsen etter krymping trenger for eksempel et 6-tommers produkt med en krympefaktor på 0,010 in./in. et formhulrom på 6,060 tommer. De tre kategoriene av krympefaktorer er som følger: lav, som ligger mellom 0,000 in./in. og 0,005 in./in., middels, som ligger mellom 0,006 in./in. og 0,010 in./in., og høy, som ligger over 0,010 in./in.

Krympefaktorer på hver tomme av produktet påvirker alle dimensjonene. Tre kategorier av krymping - lav, middels og høy - har innvirkning på formhulrommets dimensjoner. Krympingen kan påvirkes av temperatursvingninger i formen samt endringer i produktets veggtykkelse. Det er vanskelig å anslå krymping; materialleverandører, støperier og erfarne støpere må alle bidra. Hvis du ikke vet hvilken krymping du bør bruke, trenger du ikke bekymre deg, du trenger bare å fortelle oss om materialet du foretrekker å bruke til prosjektet ditt, så tar vi oss av resten for deg.

Tabellen nedenfor viser krympefrekvensen for de mest populære materialene

Fullstendig navn på Materiale	Kort navn på materialet	Min til maks Krympeverdier
Akrylnitril-butadien-styren	ABS	.004 – .008
Akrylnitril-butadien-styren/polykarbonat	PC/ABS	.004 – .007
Acetal	POM	.020 – .035
Akryl	PMMA	.002 – .010
Etylenvinylacetat (	EVA	.010 – .030
Polyetylen med høy tetthet	HDPE	.015 – .030
Polyetylen med lav tetthet	LDPE	.015 – .035
Polyamid - Nylon (PA) fylt 30% Glassfiber	PA+30GF	.005 – .007
Polyamid – Nylon (PA) Ubesatt	PA	.007 – .025
Polybutylentereftalat	PBT	.008 – .010
Polykarbonate	PC	.005 – .007
Akrylnitril-styrenakrylat	ASA	.004 -. 007
Polyester		.006 – .022
Polyeteretereterketon	PEEK	.010 – .020
Polyeterimid	PEI	.005 – .007
Polyetylen	PE	.015 – .035
Polyetersulfon	PES	.002 – .007
Polyfenylen	PPO	.005 – .007
Polyfenylensulfid	PPS	.002 – .005
Polyftalamid	PPA	.005 – .007
Polypropylen	PP	.010 – .030
Polystyren	PS	.002 – .008
Polysulfon	PSU	.006 – .008
Polyuretan	PUR	.010 – .020
Polyvinylklorid	PVS	.002 – .030
Termoplastisk elastomer	TPE	.005 – .020

Bestemmelse av hulrom i formdesign for sprøytestøping

Å finne ut hvor mange kaviteter som kreves, er et viktig første skritt før man diskuterer formstørrelse og utstyrskrav. Denne parameteren er avgjørende for å bestemme hvor mye som kan produseres ved hjelp av sprøytestøpingsprosessen på en bestemt tid, sammen med den totale syklustiden.

Målene for det årlige produksjonsvolumet for et bestemt produkt er direkte relatert til antall hulrom som trengs. For eksempel krever beregningen at man kjenner den årlige produksjonstiden som er tilgjengelig hvis målet er å lage 100 000 enheter i gjennomsnitt hvert år. Dette er 6 240 timer i året (52 uker * 5 dager/uke * 24 timer/dag), forutsatt en typisk arbeidsuke på fem dager og 24 timer per dag. Hver måned har da i gjennomsnitt 520 tilgjengelige timer (6 240 / 12).

Estimering av syklustid

For å finne ut hvor mange kaviteter som trengs, er det viktig å estimere syklustiden. Den tykkeste delen av veggen på gjenstanden som skal støpes, har størst innvirkning på syklustiden. En retningslinje for dette estimatet er vist i figur 2-3, som tar hensyn til forutsetningene om en støpemaskin av passende størrelse og typiske sprøyteprosesstider. Selv om syklustidene kan variere betydelig avhengig av materialet, gir diagrammet et nyttig utgangspunkt.

Når den totale syklustiden er beregnet, kan antall sykluser per time beregnes ved å dividere den estimerte syklustiden med 3600, som er antall sekunder i en time. For eksempel produseres det 100 støpesykluser per emne hvis den maksimale veggtykkelsen er 0,100 tommer og syklustiden er ca. 36 sekunder.

Hulrom og produksjonsskala

Anta at vi har et årlig behov på 100 000 enheter. For å oppfylle dette kriteriet vil en form med én kavitet kreve ca. 1 000 timer, eller 8,33 uker. Alternativt kan produksjonstiden halveres til 4,16 uker med en form med to kaviteter. De økonomiske konsekvensene av en form med to kaviteter må imidlertid vurderes nøye.

En form med én kavitet som arbeider kontinuerlig, vil ikke være gjennomførbar for større produksjonstall, for eksempel 10 millioner enheter årlig. I dette tilfellet kan 624 000 enheter produseres årlig ved hjelp av en form med 16 hulrom. For å nå 10 millioner enheter kan man vurdere å bruke flere støpeformer med 16-32 hulrom hver, med produksjon fordelt over tre til seks måneder. Det er imidlertid viktig å vurdere aspekter som kostnader og tilgjengeligheten av støpeutstyr.

Velge riktig materiale for design av sprøytestøpeformer

Valg av riktig materiale for sprøytestøping er et kritisk aspekt som i stor grad påvirker effektiviteten i støpeprosessen. Ulike materialer, alt fra stål til legeringer og til og med aluminium, tilbyr unike egenskaper som passer til ulike krav til støping.

Stål

1. 1020 karbonstål: Ideell til utkasterplater og holderplater på grunn av maskinbearbeidbarheten. Karburering er nødvendig for herding.
2. 1030 karbonstål: Brukes til formbunner, ejektorhus og klemplater. Kan enkelt maskinbearbeides og sveises, med mulighet for herding til HRC 20-30.
3. 4130 legert stål: Høyfast stål som egner seg til hulrom- og kjerneholderplater, støtteplater og klemplater. Leveres med 26 til 35 HRC.
4. S-7 verktøystål: Støtbestandig med god slitestyrke, brukes til forriglinger og låser. Herdet til 55-58 HRC.
5. P-20 verktøystål: Modifisert 4130, forherdet for hulrom, kjerner og stripperplater. Leveres med HRC 28-40.
6. S136 rustfritt stål: Dette er et av de beste herdematerialene for hulrom, kjerner, innsatser og andre formende formkomponenter, herdet til 50-54 HRC.
7. NAK80 høypoleringsstål: Brukes til hulrom, kjerner og andre forminnsatser med høy glassoverflate, forherdet til 38-42HRC.
8. 1.2344 og 1.2343 stål? Dette er herdestål som for det meste brukes til hulrom, kjerner og andre formkomponenter, herdet til 50-54 HRC.

Aluminium

Den vanligste aluminiumkvaliteten for støpeformer er 7075 (T6). Når denne flylegeringen anodiseres, oppnår den en overflatehardhet på opptil 65 Rc, noe som gir økt slitestyrke. Den kan brukes til hele støpeformen, og overflaten har en tendens til å glatte seg ut av seg selv, noe som reduserer formbygging og syklustider for sprøytestøping.

Beryllium-kobberlegeringer

Disse legeringene, som CuBe 10, CuBe 20 og CuBe 275, brukes ofte som komponenter som monteres på støpeformbunner av stål eller aluminium. De bidrar til varmespredning, spesielt i områder med utfordrende plassering av kjølekanaler. Hardheten varierer fra Rb 40 til Rc 46.

Andre materialer

Selv om det er mindre vanlig, er andre materialer som epoksy, aluminium/epoksy-legeringer, silikongummi og tre kan brukes til støpeformer, først og fremst til produksjon av små volumer eller prototyper (vanligvis under 100 stykker). Disse materialene egner seg ikke for produksjon av store volumer på grunn av begrenset holdbarhet, og kan være mer egnet for prototyping.

I den senere tid har aluminium, spesielt 7075-legeringen, blitt et levedyktig alternativ selv for høyvolumproduksjon, noe som utfordrer den tradisjonelle oppfatningen om at aluminium kun egner seg for lavvolum- eller prototypeformer. Valget av støpemateriale bør tilpasses kravene til produksjonsvolum, materialkompatibilitet og de spesifikke egenskapene som trengs for støpeprosessen.

Overflatefinish og spesielle krav til formdesign for sprøytestøping

Når det gjelder design av støpte produkter, er det viktig å få det rette overflateutseendet, både estetisk og med tanke på å gjøre det enklere å påføre etterbehandlinger som merkelogoer eller dekorative kunstverk. Parametrene i injeksjonsprosessen og formhulrommets tilstand har en direkte innvirkning på den støpte overflatekvaliteten. Formdesignerne kan ikke kontrollere prosessparametrene, men de må spesifisere kriterier for bestemte utseender for å kunne produsere former med de rette overflateforholdene.

Ulike bearbeidingsteknikker gir ulike grader av overflateruhet på formoverflatene, noe som påvirker etterbehandlingsprosedyren. For eksempel kan vanlige overflater produsert av Elektrisk utladningsmaskinering (EDM) varierer fra 10 til 100 mikrotommer (250 til 2 500 mikrometer). Det kan være nok med mindre enn 1 mikrotomme (25 mikrometer) for å få en speilblank overflate, mens en gjennomsnittlig avlesning for de fleste deler kan ligge mellom 20 og 40 mikrotommer (500 og 1 000 mikrometer).

En jevnere kavitetsoverflate reduserer bakkene og dalene som oppstår under bearbeidingen, noe som vanligvis gjør det lettere å støpe ut de støpte delene. Effekten av EDM på kavitetsoverflatens ruhet er vist i figur 2-4, som understreker nødvendigheten av passende stening og polering for å oppnå den nødvendige jevnheten. Society of the Plastics Industry (SPI) har utarbeidet standarder for overflatebehandling av formhulrom. Det finnes tre nivåer (1, 2 og 3) i hver klasse (A, B, C og D), der A-1 er den glatteste overflaten og D-3 er en grov, tørrblåst overflate.

Selv om en flat overflate letter utstøtingen, kan for glatte overflater generere vakuum, spesielt ved bruk av stive, harde harpikser. I slike situasjoner kan en liten opprugging av metalloverflaten bidra til å fjerne vakuumet og gjøre det lettere å skyve ut emnet.

Hvis det skal påføres etterbehandling etter støping, må overflaten på den støpte delen klargjøres. For polyolefiner er oksidasjon av overflaten nødvendig for å gjøre det lettere for maling, fargestoffer, varmstempler eller annen dekorativ overflatebehandling å feste seg. Minimere bruken av formfrigjøringsmidler under sprøytestøping er tilrådelig for å unngå forstyrrelser i vedheftingen, noe som ytterligere understreker viktigheten av en høypolert formoverflate.

Det er viktig å identifisere overflater som skal dekoreres etter støping på produkttegningene. Denne varslingen sikrer at støpere og formgivere gjenkjenner kritiske områder som krever spesiell oppmerksomhet i etterbehandlingsprosessen.

Gate Metode og plassering

Den endelige kvaliteten, utseendet og de fysiske egenskapene til et støpt produkt påvirkes av hvor porten er plassert og hvilken type portsystem som brukes. Ideelt sett bør kaviteten ha en port slik at det smeltede materialet kommer inn i den tykkeste delen av delen først, som illustrert på bildet nedenfor.

Dette konseptet er basert på oppførselen til smeltede plastmolekyler, som har en tendens til å ta opp ledig plass og søke lik luftfordeling. Ved å plassere porten i den tykkeste delen av hulrommet tvinges molekylene sammen og komprimeres mens de beveger seg inn i hulrommet. Denne komprimeringen driver ut luft mellom molekylene, noe som resulterer i en tettpakket molekylstruktur og en støpt del med optimal strukturell integritet.

I motsetning til dette gjør gating i den tynne enden at molekylene kan ekspandere, noe som øker luftrommet mellom dem og fører til en svakere molekylbinding. Dette resulterer i en støpt del med lav strukturell integritet.

Selv om den ideelle plasseringen og utformingen av porten vil bli utforsket i et senere kapittel, er det viktig å identifisere potensielle portplasseringer allerede på dette stadiet. Ved å identifisere disse stedene kan man kommunisere proaktivt med produktdesigneren for å løse eventuelle problemer. Uansett type porter vil de etterlate spor, såkalte vestige, som enten stikker ut fra eller er brutt inn i den støpte delen. Den vil aldri være helt i flukt med den støpte delen. Hvis gjenstanden hindrer funksjonen, utseendet eller den tiltenkte bruken av den støpte delen, kan det være nødvendig å flytte porten, en beslutning som produktdesigneren bør være aktivt involvert i.

Ejector Metode og plassering

Etter at den smeltede plasten har størknet i formen, må det endelige støpte produktet støpes ut av formen. Den vanligste metoden for denne oppgaven innebærer bruk av utstøterpinner, som brukes til å skyve den støpte delen ut av hulrommet der den tok form, som vist på bildet nedenfor.

For å optimalisere utstøtingsprosessen og minimere påkjenningene anbefales det å bruke utstøtingspinner med større diameter. Dette sikrer en jevn fordeling av utstøtingskraften over hele den støpte delen, noe som reduserer risikoen for sprekker eller punkteringer forårsaket av utilstrekkelig utstøterareal. Ideelt sett bør utstøterpinnene plasseres strategisk slik at de utøver kraft på de sterkeste områdene av delen, for eksempel i nærheten av hjørner, under bosses og i nærheten av ribbekryss. Selv om runde utstøtingspinner er de vanligste og mest kostnadseffektive, kan rektangulære tverrsnitt også brukes.

I likhet med grinder etterlater utstøterpinner spor på den støpte delen. På grunn av den kontinuerlige ekspansjonen og sammentrekningen av ulike formkomponenter under støpeprosessen, er det utfordrende å oppnå perfekt flukt med emnets overflate. Hvis pinnene er for korte, etterlater de derfor et fremspring eller en overflødig plastpute, kjent som et vitnemerke, som illustrert på bildet nedenfor. Hvis pinnene derimot er for lange, lager de avtrykk i plastdelen.

Det er avgjørende å finne en balanse i pinnelengden. For lange pinner kan føre til at den støpte delen blir liggende på utstøterpinnene, noe som kan føre til skader hvis støpeformen lukker seg på den ikke-utstøpte delen. Derfor er det klokt å holde pinnene korte med vilje, slik at man får en tynn pute av overflødig materiale. Produktdesignere må informeres om den tiltenkte plasseringen av utstøterpinnene og de resulterende vitnemerkene for å kunne ta informerte beslutninger om aksept.

Hvis vitnemerkene anses som uakseptable på grunn av funksjonelle eller estetiske hensyn, kan det være nødvendig å utforske alternative utstøtingsmetoder, for eksempel en stripperplate eller et avansert luftblåsingssystem. Alternativt kan man flytte delen i støpeformen for å gjøre det mulig å flytte utstøterpinnene, selv om det kan medføre høyere kostnader for støpeformen.

Lokasjonn av hulrom og kjølekanaler

Når du bruker en form med én kavitet, er det optimalt å plassere kaviteten i midten av formen. Denne konfigurasjonen gjør det lettere å sprute inn støpegods, noe som skaper gunstige forhold for støpeprosessen. Materialet sprøytes direkte inn i hulrommet, noe som minimerer transportavstanden. Uten begrensninger kan injeksjonstrykket reduseres, og påkjenningene minimeres effektivt. Disse forholdene er ettertraktet selv i flerkavitetsformer.

Når det gjelder flerkavitetsformer, er det viktig å plassere kavitetene så nær midten av formen som mulig. Det må imidlertid tas hensyn til behovet for utstøtingspinner for både delene og kanylene som skal transportere materialet til hulrommene. I tillegg må kjølekanaler plasseres strategisk i formplatene for å bringe kjølevæske, vanligvis vann, så nær formhulrommene som mulig uten at det går på bekostning av stålets integritet og forårsaker vannlekkasjer.

Det er viktig å plassere hulrommene nøye slik at de ikke kommer i konflikt med monteringsbolter og utkasterpinner. Etter hvert som antallet hulrom øker, blir utformingen mer komplisert, noe som gjør prosessen mer utfordrende. En generell retningslinje er at kjølekanalene ikke bør ligge nærmere enn to ganger diameteren fra andre objekter, som vist på bildet nedenfor. Dette sikrer at det er nok metall rundt for å minimere risikoen for gjennombrudd.

En ideell layout for en flerkavitetsform ligner eikene i et hjul. Denne utformingen gjør at kavitetene kan plasseres så nær midten av formen som mulig, og eliminerer rettvinklede svinger i kanalsystemet. Slike svinger resulterer i et 20% trykkfall for hver sving, noe som gjør det nødvendig å øke kanaldiameteren for å opprettholde riktig materialflyt. Denne eskaleringen fører til høyere materialkostnader og lengre syklustider og bør unngås når det er mulig. bildet nedenfor illustrerer et typisk eikeoppsett for en form med åtte kaviteter.

Til tross for fordelene med eikekonseptet, har det en begrensning på det totale antallet kaviteter som er mulig innenfor en gitt formstørrelse. Et kvadratisk mønster, som vist i figur 10, kan romme flere kaviteter. Kvadratiske mønstre introduserer imidlertid svinger i kanalsystemet, ofte representert som rette vinkler. Rettvinklede svinger krever ekstra innsprøytningstrykk for å drive materialet gjennom, noe som fører til en økning i primærløperens diameter for å balansere trykket. Hvis det er nødvendig med kvadratiske mønstre, er det å foretrekke å ha løpere med sveipende svinger i stedet for rette vinkler,

Uansett hvilket løpesystem som brukes, er utkasterpinnene avgjørende for utstøting av både løpesystemet og den støpte delen. Derfor må kavitetslayouten ikke bare ta hensyn til kavitetenes nærhet til formens senter for å minimere materialbevegelsen, men også til hvordan man unngår å plassere utkasterpinner (og monteringsbolter) midt i kjølekanalene.

Ovennevnte elementer er bare generelle krav til formdesign for sprøytestøping, det vil være noen flere krav, for eksempel ventilasjonskonsepter, dimensjonering av mugg, formglidebryter eller løfter, og så videre, å designe en form er ikke lett dyktighet. hvis du vil ha formdesign for sprøytestøping, kan du kontakte oss for et tilbud.

Casestudie om design av sprøytestøpeformer fra Sincere Tech - DFM Anylisis

For å kunne tenke på samme måte i SinereTech, og for å kunne bruke dimensjoner som passer for alle bruksområder, har vi laget følgende retningslinjer. Disse retningslinjene for formdesign vil bli brukt av beregningsingeniørene samt som en base for våre designere i tilfelle noen Sprøytestøpeform prosjekt, og noen ganger kan vi kalle dette som DFM-rapport anylisis også.

1. Injeksjonsport og overordnet layout.

   1. Vanligvis plasseres injeksjonsporten langs den lengste siden av delen, og sylinderen for injeksjonsporten vil være på den nærmeste avstanden til den siden (løperen vil normalt ikke gå rundt hulrommet som en banan).
   2. Hvis det brukes glidere eller hvis andre faktorer kan påvirke plasseringen av injeksjonsporten eller løperen, kan du komme med forslag til plassering av porten og spørre kunden hvilken plassering de foretrekker. Bli enige om en løsning før formdesignet. Da vil den generelle utformingen være egnet for nesten alle former.

2. Avstand mellom hulromskantene og innsatsens kanter.

   1. I normale tilfeller, med unntak av sprøytestøpeformer med større glidere eller "dype" deler, skal avstanden være 50-80 mm. Den øvre grensen brukes for "større" deler, og den nedre grensen brukes for mindre deler.
   2. For verktøy for sprøytestøping av plast med større glidebrytere kan avstanden være opptil 90-100 mm, spesielt når det gjelder de to sidene til høyre og venstre fra glidebryterens side.
   3. For virkelig dype deler kan avstanden være større enn 100 mm, men da bør vi be kunden om råd om det passer kundens sprøytestøpemaskin.
   4. For virkelig små deler brukes minimumsavstanden på 50 mm.
   5. Avstanden for siden mot innsprøytningssylinderen er den samme som for de andre sidene, men ca. 10-15 mm på toppen av det.
   6. I tilfelle vi ønsker å optimalisere disse avstandene. Dette kan fortrinnsvis brukes til denne typen støpeverktøy

3. Avstand mellom hulrommene.

   1. Vanligvis brukes en avstand på 30-50 mm mellom hvert hulrom i de fleste tilfeller.
   2. For virkelig små deler brukes en avstand på minst 15-30 mm.
   3. For virkelig dype deler er avstanden vanligvis større enn 50 mm, men da bør vi spørre kunden om råd om størrelsen på sprøytestøpeformen passer til kundens maskin.
   4. I tilfeller der løperen er mellom hulrommene, vil avstanden være min 30-40 mm mellom hvert hulrom, bruk bananport, da vil desitansen mellom hvert hulrom være ekstra 10 mm mer.

4. Avstanden mellom kanten på innsatsen og kanten på formbunnen.

   1. Generelt (for normale tilfeller) er regelen å bruke samme avstand som den som brukes for sprøytestøping (så lenge delen ikke krever store glidere). Dette gjelder også større deler, dypere deler og deler som krever mindre glidere. Det betyr at en avstand på 60-90 mm er OK for de fleste støpeformer.
   2. For støpeformer med store hydrauliske glidere er det behov for å øke avstanden med 50-200 mm på toppen av den normale avstanden (mer enn det som ville ha vært nødvendig for sprøytestøping). I slike tilfeller bør vi imidlertid be kunden om godkjenning. Et spørsmål er også hvor asymmetrisk formen kan være hvis en stor glidebryter bare brukes på høyre eller venstre side av formen.

5. Tykkelsen på A/B-plater og -innsatser.

   1. Tykkelsen på både innsatsene og A/B-platene styres hovedsakelig av det projiserte området. Som en tommelfingerregel brukes tykkelsene som er angitt i tabellen nedenfor ved utforming av støpeformer. De projiserte områdene er angitt i cm². For store projiserte områder eller dype former anbefales det å be kunden om godkjenning. Det kan finnes formler som kan brukes i tilfelle disse dimensjonene skal optimaliseres

Projisert areal (cm2)	Tykkelsen mellom innsatsens kant og baksiden av A/B-platen		Tykkelsen mellom hulromskanten og baksiden av innsatsens kant
	A-plate	B-plate	Sett inn A	Sett inn 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

Til slutt, hvis du ikke er sikker på hva som er de beste formdesignløsningene for injeksjonsformen din, er du velkommen til å kontakte oss, vi vil tilby deg formdesign, mold produksjon og sprøytestøping produksjonstjeneste.