Turnarea prin injecție este una dintre cele mai comune tehnici utilizate în producția de materiale plastice, în care piesele sunt "injectate" în matrițe pentru a forma piese cu dimensiuni specifice. Acest proces depinde de considerentele de proiectare a pieselor din plastic pentru a obține eficiență în îndeplinirea obiectivelor de performanță, precum și a aspectului estetic și a costului acestor piese. Acest articol trece în revistă caracteristicile fundamentale de proiectare ale unei piese din plastic care trebuie luate în considerare în timpul turnării prin injecție, cum ar fi nervurile, proeminențele, porțile, spirele, toleranța și efectele acesteia, selectarea materialului și colțurile rotunjite.
Ce este turnarea prin injecție a plasticului?
Proiectarea pieselor din plastic presupune desenarea caracteristicilor subansamblurilor și pieselor care urmează să fie realizate prin turnare prin injecție, un proces de formare a pieselor din plastic topit. Acest lucru este marcat de ajungerea la cel mai bun design care va face ca piesele să fie puternice, operaționale și ieftin de fabricat.
Bazele procesului de turnare prin injecție
Înainte de a înțelege designul piesei din plastic, să obținem o imagine de ansamblu a proceselor importante de turnare prin injecție a plasticului. Acestea pot include;
1. Topirea
Peletele de plastic sunt furnizate mașinii de turnare prin injecție și apoi încălzite până când ating temperatura maximă. Aici peleții se transformă în forma lichidă a plasticului. Acest lucru face ca plasticul să fie mai flexibil și poate fi ușor modelat în diverse forme.
2. Injecție
Injectarea plasticului presupune injectarea plasticului topit în cavitatea matriței folosind presiune ridicată. Matrița este făcută în așa fel încât să creeze o anumită piesă. În plus, presiunea asigură că plasticul preia întreaga formă a matriței.
3. Răcire
Odată ce matrița a fost umplută cu materialul plastic, aceasta trebuie răcită pentru a se întări și apoi îndepărtată. Răcirea se poate face cu ajutorul aerului de răcire sau al apei pentru matriță. Acest proces transformă plasticul într-un material suficient de dur și poate prelua forma matriței.
4. Ejecție
Mai există o operațiune în care plasticul întărit este împins afară din matriță dacă aceasta este deschisă în timpul răcirii. Piesa este îndepărtată fără a fi distrusă prin utilizarea unor pini ejectoare sau a altor metode. Apoi, matrița se închide pentru a începe din nou pentru următoarea piesă din plastic.
Cheie Considerații privind Proiectarea pieselor din plastic pentru turnare prin injecție
Atunci când lucrați cu turnarea prin injecție, proiectarea optimizată a pieselor din plastic este importantă pentru a realiza o turnare prin injecție de înaltă calitate și competitivă costul turnării prin injecție. Să discutăm mai jos considerațiile importante ale proiectării pieselor din plastic pentru procesul de turnare prin injecție;
1. Geometria pieselor
Geometria piesei joacă un rol important în abordarea formelor. Așadar, să discutăm diferitele considerente pe care le putem alege pentru a crește eficiența procesului de turnare prin injecție.
I. Complexitatea:
Proiectele sunt mai degrabă simple sau complexe, ceea ce înseamnă că costul unei matrițe va depinde de complexitatea unei piese și de proiectarea matriței. În plus, complexitatea proiectării duce la un număr mare de piese. Piesele plate, cum ar fi un panou plat, sunt mai ieftine și ușor de turnat în comparație cu proiectarea unei piese cu multe decupaje sau caracteristici. Una dintre realitățile industriei este că modelele complicate necesită dezvoltarea de matrițe complicate, ceea ce, la rândul său, înseamnă costuri mai mari.
II. Grosimea uniformă a peretelui:
Ar trebui să fie uniformă între secțiuni în activitatea de proiectare, deoarece uniformitatea duce la mai puține probleme de fabricație. Atunci când o piesă are pereți subțiri și pereți groși, cauza este de obicei ratele diferite de răcire la care este supusă piesa în timpul procesului de turnare. O astfel de răcire poate duce la deformare. În acest caz, materialul se îndoaie, se deformează sau lasă urme, care sunt lovituri pe suprafață, deoarece secțiunile groase au nevoie de mai mult timp pentru a se răci și solidifica decât secțiunile subțiri.
2. Unghiuri de tragere
Unghiurile de tragere sunt ușoare ridicări ale laturilor unei piese pentru a permite separarea ușoară a acesteia de matriță. Fără unghiuri de tragere, piesa din plastic ar putea rămâne blocată în matriță, ceea ce va fi întotdeauna dificil de îndepărtat fără a compromite integritatea structurală a piesei și materialul matriței. Se obișnuiește să se stabilească un unghi de tragere cuprins între 1-3 grade, astfel încât piesa să poată fi ușor ejectată fără a cauza anumite probleme.
3. Toleranță și acuratețe dimensională
Pe de altă parte, toleranțele sunt limitele acceptabile de abatere în ceea ce privește dimensiunile unei piese. Aceste toleranțe trebuie să fie precise pentru a se potrivi în mod adecvat piesei și pentru a funcționa în mod corect. Există, desigur, unele limitări și cerințe asociate cu acestea, inclusiv faptul că este posibilă o toleranță mai mică, cum ar fi variațiile mici. Cu toate acestea, acestea vor fi costisitoare de realizat, deoarece matrițele și controlul calității au o toleranță ridicată. În contrast cu aceasta, nivelurile mai mici de toleranță sunt mult mai ușor de menținut, dar, în același timp, probabil că influențează performanța sau interferența piesei.
4. Coaste și șefii
I. Coaste
Coastele sunt elemente de ranforsare suplimentare care sunt încorporate în interiorul unei piese pentru a-i spori rezistența și rigiditatea, dar care contribuie ușor la masa suplimentară a piesei. Ele sunt utilizate în acest fel pentru a evita deformarea piesei, oferind un sprijin suplimentar porțiunii respective. Urmele de scufundare (acestea sunt adâncituri în locul în care nervura se întâlnește cu peretele principal) ar trebui să fie evitate prin utilizarea unor nervuri care ar trebui să aibă jumătate din grosimea pereților înconjurători. Acest echilibru al grosimii ajută la răcire și reduce, de asemenea, stresul. Nervurile sunt realizate din material de calitate SS 304 pentru a minimiza deformarea și a corecta stresul.
II. Șefii
Muchiile sunt părți caracteristice proeminente în relief care servesc în principal ca puncte de ancorare pentru fixarea altor părți. Ele trebuie să fie rigidizate, cel mai adesea cu nervuri, pentru a rezista la sarcini mecanice fără a se fisura sau a-și transforma forma. Boss-urile trebuie, de asemenea, trase la o grosime adecvată, astfel încât să poată fi suficient de puternice pentru a rezista testului timpului.
5. Porți și sprues
I. Porți
Acestea sunt punctele în care plasticul topit ajunge să curgă sau să intre în matriță. Plasarea și proiectarea porților este un alt aspect important care trebuie luat în considerare în mod corespunzător pentru a asigura umplerea matriței și, mai mult, pentru a reduce defectele. Porțile utilizate în mod obișnuit sunt porțile de margine, care sunt poziționate pe marginile piesei, porțile cu pini, care sunt porți mici plasate într-un anumit loc, și porțile submarine, care sunt poziționate în interiorul piesei. Astfel, un design adecvat al porții garantează umplerea uniformă a materialelor, prevenind risipa și apariția defectelor.
II. Crupe
Sprue este un sistem de canale prin care plasticul topit este direcționat în cavitatea matriței Sprue este, de obicei, mai gros decât alte canale și este adesea turnat separat, astfel încât să poată fi ușor separat de restul matriței atunci când matrița este asamblată. Proiectarea unui model simplu și eficient de canal de scurgere permite reducerea cantității de material rezidual utilizat, în plus față de extragerea ușoară din matriță. Matrița trebuie să fie bine proiectată astfel încât să favorizeze fluxul de plastic și, de asemenea, să reducă la minimum cantitatea de plastic care trebuie tăiată după turnare.
6. Sisteme de ejecție
Funcție: Atunci când piesa se solidifică după răcire, știfturile de ejecție sunt utilizate pentru a scoate piesa din matriță. Ori de câte ori se proiectează știftul de ejecție, este important ca acesta să fie așezat în jurul piesei în așa fel încât să nu strice piesa sau chiar să îi dea un aspect neplăcut. Poziționarea bună a pinilor de ejecție joacă un rol important în ejecția ușoară și corectă a pieselor din matriță.
| Considerații privind proiectarea | Orientări/valori importante | Explicație |
| Complexitate | Se preferă geometrii mai simple | Proiectele complexe cresc costul și dificultatea matrițelor. |
| Grosime uniformă a peretelui | 1,5 mm - 4 mm | Grosimea consistentă previne deformarea și semnele de scufundare. |
| Unghi de tragere | 1° - 3° | Permite ejectarea ușoară din matriță. |
| Precizia dimensională | ±0,1 mm - ±0,5 mm | Se potrivesc cu capacitățile procesului pentru o turnare eficientă din punct de vedere al costurilor. |
| Grosimea nervurii | 50% de grosime a peretelui | Ajută la prevenirea urmelor de scufundare și îmbunătățește rezistența structurală. |
| Grosimea șefului | 60% - 80% de grosime nominală a peretelui | Asigură rezistența mecanică și rezistența la solicitări. |
| Locația porții | În apropierea secțiunilor groase, departe de suprafețele vizuale | Asigură umplerea corectă și reduce defectele. |
| Diametrul canalului de scurgere | 1,5 mm - 6 mm | Asigură curgerea lină a plasticului topit. |
| Amplasarea știftului de ejecție | Departe de suprafețele cosmetice | Asigură ejecția lină a piesei fără deteriorarea suprafeței. |
7. Fitinguri de interferență
Ajustările prin interferență sunt utilizate atunci când găurile și arborii trebuie să fie conectați astfel încât să poată transmite eficient cuplul și alte tipuri de forțe. În cazul ajustărilor prin interferență, toleranțele și temperatura de funcționare trebuie să fie bine luate în considerare pentru a permite o conectare fiabilă, fără un efort mare de asamblare.
Nivelul de interferență poate fi determinat prin ecuații matematice precise care iau în considerare tensiunea de proiectare, raportul Poisson, modulul de elasticitate și coeficienții geometrici. Forța de asamblare necesară pentru ajustările de interferență este, de asemenea, estimată prin aceste calcule.
8. Fillete și colțuri rotunjite în proiectarea pieselor din plastic
Acest lucru cauzează concentrarea tensiunii și defecte ale componentelor din plastic în cazul în care se folosesc colțuri ascuțite. Valorile mai mari ale dimensiunii filetului care înseamnă colțuri rotunjite scad nivelul de concentrare a tensiunii și, în același timp, permit o curgere liberă și mai ușoară a materialului plastic în timpul procesului de turnare. Este esențial să se creeze principii de proiectare a razei colțului pentru a evita problemele legate de grosimea uniformă a peretelui, precum și de contracție.
9. Găuri
I. Prin găuri
Găurile care trec direct prin grosimea piesei sunt mai utilizate și mai ușor de creat decât alte tipuri de găuri. Din punct de vedere structural, acestea sunt cel mai ușor de controlat în timpul proiectării matriței. Ele pot fi realizate prin utilizarea de miezuri fixe atât în partea glisantă, cât și în partea staționară a matriței sau prin utilizarea unui singur miez atât în partea glisantă, cât și în partea staționară a matriței. Prima formează două grinzi în consolă cu brațe scurte sub influența plasticului topit, dar suferă o modificare neglijabilă.
Acesta din urmă formează o grindă simplu sprijinită, cu o deformare neglijabilă. Pentru a evita această situație, diametrul unuia dintre miezuri trebuie să fie ușor mai mare și al celuilalt ușor mai mic decât al celuilalt, astfel încât toate fețele de contact să fie cât mai netede posibil.
II. Găuri oarbe
Găurile oarbe, adică găurile care nu sunt forate prin piesă, sunt mai dificil de turnat. Acestea sunt, în general, construite cu ajutorul unui miez de grindă în consolă, iar miezul tinde să se îndoaie la impactul cu plasticul topit, producând astfel găuri cu formă neuniformă. Găurile oarbe sunt găuri care se termină brusc și, în general, adâncimea găurii oarbe nu trebuie să fie mai mare de două ori diametrul găurii.
Pentru găurile oarbe cu un diametru egal cu 1, grosimea sa trebuie să fie de 5 mm sau mai mică, iar adâncimea sa nu trebuie să depășească diametrul său. Grosimea peretelui de fund al orificiului orb trebuie să fie de cel puțin o șesime din diametrul orificiului pentru a preveni contracția.
III. Găuri laterale
Găurile laterale sunt realizate prin miezuri laterale, ceea ce conduce la costuri și la întreținerea matriței, deoarece lungimea miezurilor laterale poate constitui o problemă, deoarece acestea se pot despica. Pentru a face față acestor provocări, proiectarea poate fi eficientizată ca modalitate de a corecta ineficiențele actuale, deci costurile.
10. Conexiuni Snap-Fit în proiectarea pieselor din plastic
Ansamblurile Snap-fit sunt ușoare pentru buzunar și prietenoase cu mediul, deoarece nu sunt necesare alte elemente de fixare. Ele constau în agățarea unei părți proeminente dincolo de o extensie exterioară a unui alt element, în care deformarea elastică a părților permite formarea unei chei de blocare. Există în principal trei tipuri de îmbinări rapide, și anume formele cantilever, inelare și sferice.
Două unghiuri critice sunt implicate în proiectarea prinderii rapide: partea de retragere și partea de intrare. Partea de retragere ar trebui să fie în mod normal mai lungă decât partea garniturii pentru a obține o performanță mai bună de blocare. Deflecția admisibilă a structurii poate fi găsită prin ecuații specifice pentru un anumit snap-fit folosind constantele materialului și coeficienții geometrici.
11. Finisaj de suprafață și texturi
Următoarele modalități ne pot ajuta să obținem finisaje de suprafață și texturi eficiente pentru produsul final;
- Realizarea esteticii dorite: Finisajul suprafeței unei piese decide nu numai aspectul piesei, ci și senzația la atingere a piesei. Designerul stabilește textura sau finisajul în funcție de nevoile estetice, cum ar fi mat sau lucios.
- Impactul texturii asupra eliberării mucegaiului: Se observă că natura texturii de suprafață joacă un rol important în determinarea ușurinței cu care piesa poate fi eliberată din matriță. Formele complexe pot impune anumite provocări suplimentare care ar trebui să fie străine de proiectare pentru a facilita o eliberare ușoară a formei.
- Tehnici de finisare a suprafețelor: Prelucrarea suplimentară care include lustruirea, șlefuirea sau aplicarea unui strat final poate fi utilizată pentru a obține o finisare optimă.
12. Toleranțe și stabilitate dimensională
Așadar, următoarele considerente vor contribui, de asemenea, la creșterea eficienței proiectării pieselor din plastic.
- Proiectarea pentru toleranțe strânse: Componentele cu niveluri de toleranță mai stricte oferă un mediu provocator pentru proiectarea matrițelor, cu probleme sporite de control al procesului real de turnare. Trebuie avute în vedere câteva puncte importante pentru a ține seama de diferențele de curgere și răcire a materialului.
- Contabilitatea micșorării materialelor: Pentru a controla contracția materialului, proiectanții trebuie să seteze dimensiunea cavității matriței puțin mai mică. Utilizarea acestui format ajută la asigurarea faptului că piesa finală respectă dimensiunile necesare.
- Considerații privind sculele: Prin urmare, scula trebuie să fie precisă în ceea ce privește dimensiunile și bine întreținută pentru a spori stabilitatea dimensională a pieselor turnate.
13. Selectarea materialelor
Prin urmare, utilizatorii sunt încurajați să se asigure că selectează materialul adecvat care le va permite să obțină performanța necesară a pieselor turnate. Toate materialele termoplastice, inclusiv cele amorfe și cele semicristaline, au propriile caracteristici. Factorii includ rezistența mecanică a materialelor care urmează să fie încorporate și cristalizarea acestora, precum și higroscopicitatea lor.
14. Analiza fluxului de mucegai
Partea de proiectare implică, de asemenea, analiza fluxului matriței. Astfel, o putem optimiza folosind următorul proces;
- Importanța simulării fluxului de materiale: Analiza fluxului matriței are ca scop determinarea modului în care se așteaptă să curgă plasticul topit în interiorul matriței. Astfel, aceasta poate ajuta la identificarea zonelor de captare a aerului, a liniilor de sudură și a fluxului neuniform.
- Identificarea problemelor potențiale: Se poate dovedi că simularea poate identifica unele probleme înainte de fabricație, pe care proiectanții le pot corecta pentru partea de proiectare a matriței.
- Optimizarea proiectării pieselor pentru curgerea mucegaiului: Modificările care pot fi efectuate pe baza fluxului matriței contribuie la îmbunătățirea calității pieselor și la minimizarea ratelor de defecte.
15. Prototiparea și testarea
Așadar, iată câteva tehnici de prototipare și testare pe care le putem utiliza pentru eficiența părții de proiectare.
- Utilizarea tehnicilor de prototipare rapidă: Tehnici precum prototiparea rapidă ajută proiectanții să construiască prototipuri ale piesei de schimb și să testeze și să evalueze piesa fizică înainte de a o adopta pentru producție.
- Efectuarea de teste fizice: Prototipurile supuse testării care încorporează această parte permit evaluarea performanței, durabilității și capacității părții de a îndeplini funcția prevăzută. Oferă o valoare suplimentară, deoarece dă o idee despre îmbunătățirile care pot fi aduse designului său.
- Iterarea proiectelor înainte de producția finală: Pe baza rezultatelor testelor, ar putea fi posibilă ajustarea designului piesei și rezolvarea problemelor sale, precum și îmbunătățirea performanțelor sale.
Greșeli comune de proiectare și cum să le evitați în timpul proiectării
Iată câteva greșeli importante pe care ar trebui să le evităm atunci când proiectăm piese din plastic.
- Selecția necorespunzătoare a materialelor: Selectarea unui material necorespunzător împiedică performanța și fabricabilitatea piesei respective. Este necesar să se aleagă materialele potrivite care să satisfacă nevoile piesei.
- Ignorarea unghiurilor de tragere: De exemplu, unghiurile de tragere mici pot duce la probleme cu ejecția pieselor și la uzura matriței. Asigurați-vă că unghiurile de tragere sunt incluse în schiță.
- Supracomplicarea geometriei pieselor: Astfel de forme complică matrița și fabricarea acesteia și cresc costul matriței. Reduceți cât mai mult posibil complexitatea modelelor pentru a crește capacitatea lor de fabricare.
- Grosimea inadecvată a peretelui: Porozitatea, inconsecvența în grosime sau variațiile în grosimea pereților afectează negativ produsul cu probleme precum deformarea și semnele de scufundare. Este important să mențineți constantă grosimea peretelui piesei pentru a evita variațiile în grosimea pereților.
Concluzie
În concluzie, trebuie avuți în vedere mai mulți factori la proiectarea unei piese din plastic pentru turnare prin injecție, și anume tipuri de orificii, proeminențe, ajustări rapide sau de interferență și multe altele, cum ar fi toleranțele, materialele necesare și razele colțurilor. Odată cu aprecierea acestor principii, proiectanții pot dezvolta piese turnate care sunt de bună calitate, durabile și ieftine de fabricat. Proiectarea în funcție de caracteristicile proiectului și de condițiile de mediu garantează cele mai bune rezultate și stabilitate.
Întrebări frecvente
Q1. De ce este importantă proiectarea pieselor în turnarea prin injecție?
Aceasta ne va ajuta să realizăm eficiența procedurală și operațională. Deoarece, proiectarea fabricației încorporează strategii care pot produce eficient piesa cu o precizie ridicată, mai puține defecte și o utilizare redusă a materialului.
Q2. Ce sunt găurile de trecere?
Găurile de trecere sunt acele găuri care trec prin întreaga piesă, sunt relativ mai ușor de modelat și controlat.
Q3. Ce sunt găurile oarbe?
Găurile oarbe nu se extind prin piesă și pot fi mai dificil de turnat, deoarece gaura poate fi îndoită și deformată.
Q4. La ce se referă găurile laterale în turnarea prin injecție?
Găurile laterale sunt realizate cu miezuri laterale care pot spori complexitatea matriței și, prin urmare, a costul matriței de injecție.
Q5. Cum ar trebui să fie concepuți șefii?
Ar trebui să existe, de asemenea, filete la conexiuni și corespunzătoare grosimea peretelui de turnare prin injecție. Astfel, ele pot ajuta la rezistența la stres a piesei. În plus, bosajele trebuie, de asemenea, să fie incluse în structura piesei.
Q6. Care este semnificația unei conexiuni snap-fit?
În cazul conexiunii de tip "snap-fit", o piesă este deformată elastic pentru a se potrivi în alta, astfel încât să nu fie utilizate elemente de fixare mecanice directe.
Q7. Cum calculăm interferența care ar trebui făcută?
Interferența este obținută prin tensiunea de proiectare, raportul Poisson și coeficienții geometrici.
Q8. Care sunt nivelurile de toleranță în turnarea prin injecție a materialelor plastice?
Limitele de toleranță cuprind toleranțe de uz general, medii și de mare precizie, care determină calitatea și prețurile turnare prin injecție produse.