Formowanie wtryskowe jest jedną z najpopularniejszych technik stosowanych w produkcji tworzyw sztucznych, w której części są "wtryskiwane" do form w celu uformowania części o określonych wymiarach. Proces ten zależy od rozważań projektowych części z tworzyw sztucznych, aby osiągnąć wydajność w osiąganiu celów wydajnościowych oraz estetyki i kosztów tych części. Niniejszy artykuł zawiera przegląd podstawowych cech konstrukcyjnych części z tworzyw sztucznych, które należy wziąć pod uwagę podczas formowania wtryskowego, takich jak żebra, występy, bramy, świerki, tolerancje i ich skutki, wybór materiału i zaokrąglone narożniki.
Czym jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych?
Projektowanie części z tworzyw sztucznych obejmuje rysowanie cech podzespołów i części, które mają być wykonane metodą formowania wtryskowego, procesu formowania części ze stopionego tworzywa sztucznego. Oznacza to osiągnięcie najlepszego projektu, który sprawi, że części będą mocne, funkcjonalne i niedrogie w produkcji.
Podstawy procesu formowania wtryskowego
Przed zrozumieniem projektu części z tworzywa sztucznego, zapoznajmy się z przeglądem ważnych procesów formowania wtryskowego tworzyw sztucznych. Mogą one obejmować;
1. Topienie
Plastikowe granulki są dostarczane do wtryskarki, a następnie podgrzewane do osiągnięcia maksymalnej temperatury. Tutaj granulki przekształcają się w płynną formę plastiku. Dzięki temu tworzywo sztuczne jest bardziej elastyczne i można je łatwo modelować w różne formy.
2. Wtrysk
Wtryskiwanie tworzyw sztucznych polega na wtryskiwaniu stopionego tworzywa sztucznego do gniazda formy przy użyciu wysokiego ciśnienia. Forma jest wykonana w taki sposób, aby utworzyć określoną część. Co więcej, ciśnienie zapewnia, że tworzywo sztuczne zajmie całą formę.
3. Chłodzenie
Po wypełnieniu formy tworzywem sztucznym należy ją schłodzić w celu utwardzenia, a następnie pozostawić do usunięcia. Chłodzenie można wykonać za pomocą powietrza chłodzącego lub wody do formy. Proces ten sprawia, że tworzywo sztuczne staje się wystarczająco twarde i może przyjąć kształt formy.
4. Wyrzut
Jest jeszcze jedna operacja, gdy utwardzony plastik jest wypychany z formy, jeśli forma jest otwarta podczas chłodzenia. Część jest usuwana bez jej zniszczenia za pomocą kołków wypychających lub innych metod. Następnie forma zamyka się, aby rozpocząć od nowa dla następnej plastikowej części.
Klucz Rozważania na temat Projektowanie części z tworzyw sztucznych do formowania wtryskowego
Podczas pracy z formowaniem wtryskowym zoptymalizowany projekt części z tworzywa sztucznego jest ważny dla zapewnienia wysokiej jakości formowania wtryskowego i konkurencyjności. koszt formowania wtryskowego. Poniżej omówimy ważne kwestie związane z projektowaniem części z tworzyw sztucznych do procesu formowania wtryskowego;
1. Geometria części
Geometria części odgrywa ważną rolę w radzeniu sobie z kształtami. Omówmy więc różne kwestie, które możemy wybrać, aby zwiększyć efektywność procesu formowania wtryskowego.
I. Złożoność:
Projekty są raczej proste lub złożone, co oznacza, że koszt formy będzie zależał od złożoności części i projektu formy. Co więcej, złożoność projektu skutkuje dużą liczbą części. Płaskie części, takie jak płaski panel, są tańsze i łatwiejsze do formowania w porównaniu do projektowania części z wieloma podcięciami lub funkcjami. Jedną z rzeczywistości w branży jest to, że skomplikowane projekty wymagają opracowania skomplikowanych form, co z kolei oznacza wyższe koszty.
II. Jednolita grubość ścianki:
Powinien on być jednolity we wszystkich sekcjach podczas prac projektowych, ponieważ jednolitość skutkuje mniejszą liczbą problemów produkcyjnych. Gdy część ma cienkie i grube ścianki, przyczyną są zazwyczaj różne szybkości chłodzenia, którym poddawana jest część podczas procesu formowania. Takie chłodzenie może prowadzić do wypaczenia. W tym przypadku materiał wygina się, zniekształca lub pozostawia ślady, które są wgnieceniami na powierzchni, ponieważ grube sekcje potrzebują więcej czasu na schłodzenie i zestalenie niż cienkie sekcje.
2. Kąty zanurzenia
Kąty zanurzenia to niewielkie wzniesienia wykonane po bokach części, aby umożliwić jej łatwe oddzielenie od formy. Bez kątów pochylenia część z tworzywa sztucznego może utknąć w formie, co zawsze będzie trudne do usunięcia bez narażania integralności strukturalnej części i materiału formy. Zwykle ustawia się kąt zanurzenia w zakresie 1-3 stopni, aby część można było łatwo wysunąć bez powodowania pewnych kłopotów.
3. Tolerancja i dokładność wymiarowa
Z drugiej strony tolerancje są dopuszczalnymi granicami odchyleń w zakresie wymiarów części. Tolerancje te muszą być precyzyjne, aby pasowały do części i działały we właściwy sposób. Istnieją oczywiście pewne ograniczenia i wymagania z tym związane, w tym to, że możliwe są mniejsze tolerancje, takie jak małe odchylenia. Będą one jednak kosztowne do osiągnięcia, ponieważ formy i kontrola jakości mają wysoką tolerancję. W przeciwieństwie do tego, niższe poziomy tolerancji są znacznie łatwiejsze do utrzymania, ale jednocześnie prawdopodobnie wpływają na wydajność części lub zakłócenia.
4. Żebra i szefowie
I. Żebra
Żebra są dodatkowymi elementami wzmacniającymi, które są włączone do wnętrza części, aby zwiększyć jej wytrzymałość i sztywność, ale wnoszą niewielką dodatkową masę do części. Stosuje się je w celu uniknięcia wypaczenia części poprzez zapewnienie dodatkowego wsparcia dla danej części. Należy zapobiegać powstawaniu śladów zanurzenia (są to wgniecenia w miejscu, w którym żebro styka się z główną ścianą), stosując żebra o grubości równej połowie grubości otaczających je ścian. Ta równowaga grubości pomaga w chłodzeniu i zmniejsza również naprężenia. Żebra są wykonane z materiału klasy SS 304, aby zminimalizować ugięcie i prawidłowe naprężenia.
II. Szefowie
Króćce to charakterystyczne, wystające elementy, które służą głównie jako punkty kotwiczenia do mocowania innych części. Muszą być usztywnione, najczęściej żebrami, aby wytrzymać obciążenia mechaniczne bez pękania lub zmiany kształtu. Tuleje powinny być również odpowiednio pogrubione, aby mogły wytrzymać próbę czasu.
5. Bramy i wrzeciona
I. Bramki
Są to punkty, w których roztopiony plastik przepływa lub wchodzi do formy. Umieszczenie i konstrukcja wlewu to kolejna ważna kwestia, którą należy odpowiednio uwzględnić, aby zapewnić wypełnienie formy, a przede wszystkim zmniejszyć liczbę wad. Zazwyczaj stosowane bramy to bramy krawędziowe, które są umieszczone na krawędziach części, bramy szpilkowe, które są małymi bramami umieszczonymi w określonym miejscu oraz bramy podwodne, które są umieszczone wewnątrz części. W ten sposób odpowiednia konstrukcja bramy gwarantuje równomierne wypełnienie materiałami, zapobiegając marnotrawstwu i powstawaniu wad.
II. Wlewki
Wlew jest systemem prowadnic, przez które stopione tworzywo sztuczne jest kierowane do gniazda formy. Wlew jest zwykle grubszy niż inne prowadnice i często jest formowany oddzielnie, dzięki czemu można go łatwo oddzielić od reszty formy podczas jej montażu. Zaprojektowanie prostego i wydajnego wzoru wlewu umożliwia zmniejszenie ilości zużytego materiału, a także łatwe wyjęcie go z formy. Wlew powinien być dobrze zaprojektowany w taki sposób, aby sprzyjał przepływowi tworzywa sztucznego, a także minimalizował ilość tworzywa sztucznego, które należy odciąć po formowaniu.
6. Systemy wyrzutowe
Funkcja: Gdy część zestali się po schłodzeniu, kołki wypychacza są wykorzystywane do wyrzucenia części z formy. Podczas projektowania sworznia wypychacza ważne jest, aby ułożyć go wokół części w taki sposób, aby nie uszkadzał części, a nawet nie powodował jej złego wyglądu. Dobre pozycjonowanie kołków wypychacza odgrywa znaczącą rolę w łatwym i prawidłowym wyrzucaniu części z formy.
| Rozważania projektowe | Wytyczne/ważne wartości | Wyjaśnienie |
| Złożoność | Preferowane prostsze geometrie | Złożone projekty zwiększają koszt i trudność formowania. |
| Jednolita grubość ścianki | 1,5 mm - 4 mm | Stała grubość zapobiega wypaczeniom i śladom zapadnięć. |
| Kąt zanurzenia | 1° - 3° | Umożliwia łatwe wysuwanie z formy. |
| Dokładność wymiarowa | ±0,1 mm - ±0,5 mm | Dopasowanie do możliwości procesu w celu ekonomicznego formowania. |
| Grubość żeber | 50% o grubości ścianki | Pomaga zapobiegać powstawaniu zacieków i poprawia wytrzymałość strukturalną. |
| Grubość obudowy | 60% - 80% o nominalnej grubości ścianki | Zapewnia wytrzymałość mechaniczną i odporność na naprężenia. |
| Lokalizacja bramki | W pobliżu grubych sekcji, z dala od powierzchni wizualnych | Zapewnia prawidłowe wypełnienie i redukuje defekty. |
| Średnica wlewu | 1,5 mm - 6 mm | Zapewnia płynny przepływ stopionego plastiku. |
| Lokalizacja sworznia wyrzutnika | Z dala od powierzchni kosmetycznych | Zapewnia płynne wyrzucanie części bez uszkodzeń powierzchni. |
7. Zakłócenia
Pasowania wciskowe są stosowane tam, gdzie wymagane jest połączenie otworów i wałków w taki sposób, aby mogły one skutecznie przenosić moment obrotowy i inne rodzaje sił. W przypadku pasowań wciskowych należy dobrze rozważyć tolerancje i temperaturę roboczą, aby umożliwić niezawodne połączenie bez dużego wysiłku podczas montażu.
Poziom interferencji można określić za pomocą precyzyjnych równań matematycznych, które uwzględniają naprężenia projektowe, współczynnik Poissona, moduł sprężystości i współczynniki geometryczne. Siła montażowa wymagana do dopasowania wciskowego jest również szacowana na podstawie tych obliczeń.
8. Flety i zaokrąglone narożniki w projektowaniu części z tworzyw sztucznych
Powoduje to koncentrację naprężeń i defekty na plastikowych elementach w przypadku zastosowania ostrych narożników. Większe wartości rozmiaru zaokrąglenia oznaczające zaokrąglone narożniki obniżają poziom koncentracji naprężeń, a jednocześnie umożliwiają swobodny i łatwiejszy przepływ tworzywa sztucznego podczas procesu formowania. Kluczowe jest stworzenie zasad projektowania promienia naroża, aby uniknąć problemów związanych z jednolitą grubością ścianki oraz skurczem.
9. Otwory
I. Otwory przelotowe
Otwory przechodzące bezpośrednio przez grubość części są częściej używane i łatwiejsze do wykonania niż inne rodzaje otworów. Ze strukturalnego punktu widzenia są one najłatwiejsze do kontrolowania podczas projektowania formy. Można je wytwarzać, stosując stałe rdzenie zarówno w przesuwnej, jak i stacjonarnej części formy lub mając tylko jeden rdzeń zarówno w przesuwnej, jak i stacjonarnej części formy. Pierwszy z nich tworzy dwie belki wspornikowe z krótkimi ramionami pod wpływem stopionego tworzywa sztucznego, ale ulega nieznacznej zmianie.
Ten ostatni tworzy prosto podpartą belkę o znikomym odkształceniu. Aby uniknąć tego stanu, średnica jednego z rdzeni powinna być nieco większa, a drugiego nieco mniejsza niż drugiego, tak aby wszystkie współpracujące powierzchnie były tak gładkie, jak to tylko możliwe.
II. Ślepe otwory
Ślepe otwory, czyli otwory, które nie są wiercone w części, są trudniejsze do formowania. Są one zwykle budowane przy użyciu rdzenia belki wspornikowej, a rdzeń ma tendencję do wyginania się pod wpływem stopionego tworzywa sztucznego, tworząc w ten sposób otwory o nierównym kształcie. Otwory nieprzelotowe to otwory, które kończą się nagle i ogólnie głębokość otworu nieprzelotowego nie powinna być większa niż dwukrotność średnicy otworu.
W przypadku otworów nieprzelotowych o średnicy równej 1, ich grubość powinna wynosić 5 mm lub mniej, a głębokość nie powinna przekraczać średnicy otworu. Grubość dolnej ścianki nieprzelotowego otworu powinna wynosić co najmniej jedną szóstą średnicy otworu, aby zapobiec skurczowi.
III. Otwory boczne
Otwory boczne są wykonywane przez rdzenie boczne, co prowadzi do wzrostu kosztów i konserwacji formy, ponieważ długość rdzeni bocznych może stanowić problem, ponieważ mogą się one rozdzielać. Aby sprostać takim wyzwaniom, projekt może być wydajny jako sposób na skorygowanie obecnych nieefektywności, a tym samym kosztów.
10. Połączenia zatrzaskowe w projektowaniu części z tworzyw sztucznych
Zespoły zatrzaskowe są łatwe w kieszeni i przyjazne dla środowiska, ponieważ nie są wymagane żadne inne elementy złączne. Polegają one na zaczepieniu wystającej części poza zewnętrznym przedłużeniem innego elementu, w którym elastyczne odkształcenie części pozwala na utworzenie blokującego klucza. Istnieją głównie trzy rodzaje zatrzasków, a mianowicie wspornikowe, pierścieniowe i kulkowe.
W konstrukcji zatrzaskowej występują dwa krytyczne kąty: strona cofania i strona wejściowa. Strona wciągania powinna być zwykle dłuższa niż strona uszczelki, aby uzyskać lepszą skuteczność blokowania. Dopuszczalne ugięcie konstrukcji można znaleźć za pomocą określonych równań dla danego zatrzasku przy użyciu stałych materiałowych i współczynników geometrycznych.
11. Wykończenie powierzchni i tekstury
Poniższe sposoby mogą pomóc nam w uzyskaniu wydajnych wykończeń powierzchni i tekstur dla produktu końcowego;
- Osiągnięcie pożądanej estetyki: Wykończenie powierzchni części decyduje nie tylko o jej wyglądzie, ale także o wrażeniach dotykowych. Projektant ustawia teksturę lub wykończenie w zależności od potrzeb estetycznych, takich jak matowy lub błyszczący.
- Wpływ tekstury na uwalnianie z formy: Widać, że charakter tekstury powierzchni odgrywa ważną rolę w określaniu łatwości, z jaką część może zostać uwolniona z formy. Złożone kształty mogą stwarzać pewne dodatkowe wyzwania, które powinny być obce dla projektu, aby ułatwić łatwe uwalnianie z formy.
- Techniki wykańczania powierzchni: Aby uzyskać optymalne wykończenie, można zastosować dodatkową obróbkę, która obejmuje polerowanie, szlifowanie lub nakładanie końcowej powłoki.
12. Tolerancje i stabilność wymiarowa
Poniższe rozważania pomogą również zwiększyć wydajność projektowania części z tworzyw sztucznych.
- Projektowanie pod kątem wąskich tolerancji: Komponenty o bardziej rygorystycznych poziomach tolerancji zapewniają wymagające środowisko do projektowania form ze zwiększonymi kwestiami kontroli rzeczywistego procesu formowania. Należy wziąć pod uwagę kilka ważnych punktów, aby uwzględnić różnice w przepływie materiału i chłodzeniu.
- Rozliczanie skurczu materiału: Aby kontrolować kurczenie się materiału, projektanci muszą ustawić nieco mniejszy rozmiar wnęki formy. Korzystanie z tego formatu pomaga zapewnić, że końcowa część spełnia wymagane wymiary.
- Rozważania dotyczące oprzyrządowania: Narzędzie powinno być zatem dokładne pod względem wymiarów i dobrze utrzymane, aby zwiększyć stabilność wymiarową formowanych części.
13. Wybór materiału
Zachęcamy zatem użytkowników do wyboru odpowiedniego materiału, który pozwoli im osiągnąć wymaganą wydajność formowanych części. Wszystkie tworzywa termoplastyczne, w tym amorficzne i półkrystaliczne, mają swoje własne cechy. Czynniki te obejmują wytrzymałość mechaniczną materiałów, które mają być zastosowane, ich krystalizację, a także higroskopijność.
14. Analiza przepływu w formie
Część projektowa obejmuje również analizę przepływu formy. Możemy więc zoptymalizować go za pomocą następującego procesu;
- Znaczenie symulacji przepływu materiałów: Analiza przepływu w formie ma na celu określenie oczekiwanego przepływu stopionego tworzywa sztucznego w formie. Może więc pomóc zidentyfikować obszary pułapki powietrznej, linie spoin i nierównomierny przepływ.
- Identyfikacja potencjalnych problemów: Można udowodnić, że symulacja może zidentyfikować pewne problemy przed produkcją, które projektanci mogą poprawić w części projektu formy.
- Optymalizacja projektowania części pod kątem przepływu w formie: Zmiany, które można wprowadzić w oparciu o przepływ formy, pomagają poprawić jakość części i zminimalizować liczbę wad.
15. Prototypowanie i testowanie
Oto kilka technik prototypowania i testowania, które możemy wykorzystać w celu zwiększenia skuteczności części projektowej.
- Korzystanie z technik szybkiego prototypowania: Techniki takie jak szybkie prototypowanie pomagają projektantom tworzyć prototypy części zamiennych oraz testować i oceniać fizyczną część przed przyjęciem jej do produkcji.
- Przeprowadzanie testów fizycznych: Prototypy poddane testom obejmującym tę część umożliwiają ocenę części pod kątem jej wydajności, trwałości i zdolności części do spełnienia zamierzonej funkcji. Daje to dodatkową wartość, ponieważ daje pewne wyobrażenie o ulepszeniach, które można wprowadzić w projekcie.
- Iteracja projektów przed ostateczną produkcją: W oparciu o wyniki testów, możliwe jest dostosowanie projektu części i popracowanie nad jej problemami, a także poprawienie jej wydajności.
Typowe błędy projektowe i sposoby ich unikania podczas projektowania
Oto kilka ważnych błędów, których powinniśmy unikać podczas projektowania części z tworzyw sztucznych.
- Zły dobór materiałów: Wybór niewłaściwego materiału wpływa negatywnie na wydajność części i możliwość jej wytworzenia. Istnieje potrzeba wyboru odpowiednich materiałów, które spełnią potrzeby danej części.
- Ignorowanie kątów zanurzenia: Na przykład, małe kąty zanurzenia mogą powodować problemy z wyrzucaniem części i zużyciem formy. Upewnij się, że kąty zanurzenia są uwzględnione w układzie.
- Nadmierne komplikowanie geometrii części: Takie kształty komplikują formę i jej produkcję oraz podnoszą koszt formy. Zmniejsz złożoność projektów tak bardzo, jak to możliwe, aby zwiększyć ich możliwości produkcyjne.
- Niewystarczająca grubość ścianki: Porowatość, niespójność grubości lub zmiany grubości ścianek negatywnie wpływają na produkt, powodując problemy takie jak odkształcenia i zapadnięcia. Ważne jest, aby zachować stałą grubość ścianek części, aby uniknąć zmian grubości ścianek.
Wniosek
Podsumowując, należy wziąć pod uwagę kilka czynników podczas projektowania części z tworzywa sztucznego do formowania wtryskowego, tj. rodzaje otworów, występy, połączenia zatrzaskowe lub pasowania wciskowe i wiele innych, takich jak tolerancje, wymagane materiały i promienie narożników. Dzięki zrozumieniu tych zasad projektanci mogą tworzyć formowane części, które są dobrej jakości, trwałe i tanie w produkcji. Projektowanie projektów zgodnie z cechami projektu i warunkami środowiskowymi gwarantuje najlepsze wyniki i stabilność.
Często zadawane pytania
P1. Dlaczego projektowanie części jest ważne w formowaniu wtryskowym?
Pomoże nam to osiągnąć skuteczność proceduralną i operacyjną. Ponieważ projekt produkcyjny obejmuje strategie, które mogą skutecznie produkować część z wysoką dokładnością, mniejszą liczbą defektów i mniejszym wykorzystaniem materiału.
P2. Czym są otwory przelotowe?
Otwory przelotowe to otwory przechodzące przez całą część, są stosunkowo łatwiejsze do formowania i kontroli.
P3. Czym są otwory ślepe?
Otwory ślepe nie przechodzą przez element i mogą być trudniejsze do uformowania, ponieważ otwór może ulec wygięciu i odkształceniu.
P4. Do czego odnoszą się otwory boczne w formowaniu wtryskowym?
Otwory boczne są wykonywane za pomocą rdzeni bocznych, co może zwiększyć złożoność formy, a tym samym koszt formy wtryskowej.
P5. Jak powinni być zaprojektowani szefowie?
Powinny być również filety na połączeniach i odpowiednie grubość ścianki formowania wtryskowego. Mogą więc pomóc wytrzymać naprężenia części. Ponadto szefowie muszą być również uwzględnieni w strukturze części.
P6. Co oznacza połączenie zatrzaskowe?
W połączeniu zatrzaskowym jedna część jest elastycznie odkształcana, aby dopasować się do drugiej, dzięki czemu nie są stosowane żadne bezpośrednie mechaniczne elementy mocujące.
P7. Jak obliczamy zakłócenia, które powinny zostać wprowadzone?
Interferencję oblicza się na podstawie naprężeń projektowych, współczynnika Poissona i współczynników geometrycznych.
P8. Jakie są poziomy tolerancji w formowaniu wtryskowym tworzyw sztucznych?
Granice tolerancji obejmują tolerancje ogólnego przeznaczenia, średnie i wysokiej dokładności, które określają jakość i cenę formowanie wtryskowe Produkty.