Проектирование пресс-форм для литья под давлением

Первый шаг в форма проектирование для литья под давлением заключается в получении необходимых данных. Это подразумевает определение количества полостей, выбор материала для формы и сбор соответствующей информации. Это может потребовать работы со специалистами, такими как инженеры-материаловеды и изготовители инструментов, аналитики затрат. Несмотря на то, что материал для литья обычно не выбирается проектировщиком формы, для успешного проектирования формы необходимо понимание нескольких важных факторов. Проверьте советы по проектированию ребер из пластиковых деталей.

Выбор материала для проектирования пресс-формы

Понимание свойств формовочных материалов необходимо при проектировании литьевых форм. Различные материалы и даже марки имеют разную скорость усадки, поэтому важно подтвердить это в первую очередь перед началом проектирования пресс-формы, поскольку если усадка закрепилась в конструкции пресс-формы, позже вы не сможете перейти на другой усадочный материал, поскольку это изменит размеры детали. Некоторые пластики лучше поглощают и рассеивают тепло, что влияет на то, насколько хорошо остывает пресс-форма. Это может повлиять на то, где расположены охлаждающие каналы пресс-формы, а конструкции литников, питателей и вентиляционных отверстий в значительной степени зависят от вязкости пластика.

Соображения относительно усадки

Ключевым фактором при проектировании пресс-формы является скорость усадки или фаза сжатия, которая происходит в полимерах. Величина, на которую деталь сядет после извлечения из пресс-формы, определяется коэффициентом усадки, который назначается каждому типу пластика. Пластики могут усаживаться анизотропным или изотропным образом. Подобно аморфным материалам, изотропные материалы усаживаются равномерно во всех направлениях. С другой стороны, анизотропные материалы, которые часто являются кристаллическими, могут демонстрировать большую усадку вдоль направления потока.

Например, чтобы достичь необходимого размера после усадки, 6-дюймовому изделию с коэффициентом усадки 0,010 дюйм/дюйм требуется полость формы 6,060 дюйма. Три категории коэффициентов усадки следующие: низкий, который находится в пределах от 0,000 дюйм/дюйм до 0,005 дюйм/дюйм, средний, который находится в пределах от 0,006 дюйм/дюйм до 0,010 дюйм/дюйм, и высокий, который находится за пределами 0,010 дюйм/дюйм.

Применение коэффициентов усадки к каждому дюйму изделия влияет на все его размеры. Три категории усадки — низкая, средняя и высокая — влияют на размеры полости формы. На усадку могут влиять колебания температуры формы, а также изменения толщины стенок изделия. Трудно оценить усадку; поставщики материалов, изготовители форм и опытные формовщики должны все взвесить. Если вы не знаете, какую усадку следует использовать, не беспокойтесь, просто сообщите нам о материале, который вы предпочитаете использовать для своего проекта, и мы позаботимся обо всем остальном за вас.

Ниже в таблице указана скорость усадки для наиболее популярных материалов.

Полное имя Материал	Краткое название материала	От мин. до макс. Уменьшить значения
Акрилонитрилбутадиенстирол	АБС	.004 – .008
Акрилонитрил-бутадиен-стирол/поликарбонат	ПК/АБС	.004 – .007
Ацеталь	ПОМ	.020 – .035
Акрил	ПММА	.002 – .010
Этиленвинилацетат (	ЭВА	.010 – .030
Полиэтилен высокой плотности	ПЭВП	.015 – .030
Полиэтилен низкой плотности	ПЭНП	.015 – .035
Наполнитель из полиамида – нейлона (ПА) Стекловолокно 30%	ПА+30GF	.005 – .007
Полиамид – нейлон (ПА) Незаполненный	ПА	.007 – .025
Полибутилентерефталат	ПБТ	.008 – .010
Поликарбонате	ПК	.005 – .007
Акрилонитрилстиролакрилат	АСА	.004 -. 007
Полиэстер		.006 – .022
Полиэфирэфиркетон	ПИК	.010 – .020
Полиэфиримид	Остров Принца Эдуарда	.005 – .007
Полиэтилен	ЧП	.015 – .035
Полиэфирсульфон	ПЭС	.002 – .007
Полифенилен	ППО	.005 – .007
Полифениленсульфид	ППС	.002 – .005
Полифталамид	ППА	.005 – .007
Полипропилен	ПП	.010 – .030
Полистирол	ПС	.002 – .008
Полисульфон	БП	.006 – .008
Полиуретан	ПУР	.010 – .020
Поливинилхлорид	ПВС	.002 – .030
Термопластичный эластомер	ТПЭ	.005 – .020

Определение полостей в конструкции пресс-формы для литья под давлением

Определение необходимого количества полостей является важным первым шагом перед обсуждением размера пресс-формы и требований к оборудованию. Этот параметр имеет решающее значение для определения того, сколько можно произвести в процессе литья под давлением за определенное время, а также общего времени цикла.

Годовые целевые объемы производства для определенного продукта напрямую связаны с количеством необходимых полостей. Например, для расчета требуется знать годовое доступное время производства, если цель состоит в том, чтобы создавать 100 000 единиц в среднем в год. Это 6240 часов в год (52 недели * 5 дней в неделю * 24 часа в день), предполагая, что типичная рабочая неделя составляет пять дней и 24 часа в день. Тогда каждый месяц имеет в среднем 520 доступных часов (6240 / 12).

Оценка времени цикла

Оценка времени цикла имеет важное значение для определения необходимого количества полостей. Самая толстая часть стенки формуемого изделия оказывает наибольшее влияние на время цикла. Руководство по этой оценке показано на рисунке 2-3, который учитывает предположения о подходящем размере формовочной машины и типичном времени процесса впрыска. Хотя время цикла может значительно различаться в зависимости от материала, эта диаграмма дает полезную отправную точку.

После того, как общее время цикла приблизительно определено, количество циклов в час можно вычислить, разделив предполагаемое время цикла на 3600, что является количеством секунд в часе. Например, 100 циклов формования производятся на единицу, если максимальная толщина стенки составляет 0,100 дюйма, а время цикла составляет примерно 36 секунд.

Полости и масштаб производства

Предположим, что у нас есть годовая потребность в 100 000 единиц. Для удовлетворения этого критерия одногнездной пресс-форме потребуется около 1000 часов или 8,33 недель. В качестве альтернативы время производства можно сократить вдвое до 4,16 недель с двухгнездной пресс-формой. Однако финансовые последствия двухгнездной пресс-формы должны быть тщательно продуманы.

Одногнездная форма, работающая безостановочно, не будет целесообразной для больших объемов производства, например, 10 миллионов единиц в год. В этом случае 624 000 единиц могут быть произведены в год с использованием 16-гнездной формы. Можно рассмотреть несколько форм с 16–32 полостями каждая, с производством, разделенным на три-шесть месяцев, чтобы достичь 10 миллионов единиц. Однако важно оценить такие аспекты, как стоимость и доступность формовочного оборудования.

Выбор правильного материала для проектирования литьевой формы

Выбор подходящего материала для проектирования литьевой формы является критическим аспектом, который существенно влияет на эффективность и результативность процесса формования. Различные материалы, от сталей до сплавов и даже алюминия, предлагают уникальные характеристики, удовлетворяющие различным требованиям формования.

Стали

1. Углеродистая сталь 1020: Идеально подходит для выталкивающих пластин и пластин-фиксаторов благодаря своей обрабатываемости. Для закалки требуется науглероживание.
2. Углеродистая сталь 1030: Используется для оснований пресс-форм, корпусов эжекторов и зажимных пластин. Легко обрабатывается и сваривается, с потенциалом закалки до HRC 20-30.
3. Легированная сталь 4130: Высокопрочная сталь, подходящая для пластин-фиксаторов полостей и сердечников, опорных пластин и зажимных пластин. Поставляется с твердостью от 26 до 35 HRC.
4. Инструментальная сталь S-7: Ударопрочный с хорошей износостойкостью, используется для замков и защелок. Закален до 55-58 HRC.
5. Инструментальная сталь P-20: Модифицированный 4130, предварительно закаленный для полостей, сердечников и съемников. Поставляется с твердостью HRC 28-40.
6. Нержавеющая сталь S136: Это один из лучших закалочных материалов для полостей, стержней, вставок и других формовочных компонентов, закаленный до 50-54 HRC.
7. Высокополированная сталь NAK80: используется для полостей с высокой степенью обработки поверхности стекла, стержней и других вставок форм, предварительно закаленная до твердости 38-42HRC.
8. Сталь 1.2344 и 1.2343 — это закаленная сталь, которая в основном используется для полостей, стержней и других компонентов форм, закаленная до 50–54 HRC.

Алюминий

Наиболее распространенная марка алюминия для пресс-форм — 7075 (Т6). Этот авиационный сплав при анодировании достигает твердости поверхности до 65 Rc для повышенной износостойкости. Его можно использовать для всей формы, а его поверхность имеет тенденцию к самовыравниванию, что сокращает время построения формы и цикла литья под давлением.

Сплавы бериллия и меди

Эти сплавы, такие как CuBe 10, CuBe 20 и CuBe 275, часто используются в качестве компонентов, устанавливаемых на стальные или алюминиевые основания пресс-форм. Они способствуют рассеиванию тепла, особенно в областях со сложным размещением охлаждающих каналов. Твердость варьируется от Rb 40 до Rc 46.

Другие материалы

Хотя и менее распространены, другие материалы, такие как эпоксидная смола, алюминиевые/эпоксидные сплавы, силиконовые каучуки и дерево может использоваться для форм, в первую очередь для мелкосерийного или прототипного производства (обычно менее 100 штук). Эти материалы не подходят для крупносерийного производства из-за их ограниченной прочности и могут быть более подходящими для целей прототипирования.

В последнее время алюминий, особенно сплав 7075, стал приемлемым вариантом даже для крупносерийного производства, бросая вызов традиционному восприятию алюминия как материала, пригодного только для мелкосерийных или прототипных форм. Выбор материала формы должен соответствовать требованиям к объему производства, совместимости материалов и конкретным характеристикам, необходимым для процесса формования.

Отделка поверхности и особые требования к проектированию пресс-форм для литья под давлением

Когда дело доходит до проектирования формованных изделий, получение правильного внешнего вида поверхности важно как с эстетической точки зрения, так и с точки зрения упрощения нанесения завершающих штрихов, таких как логотипы бренда или декоративные элементы. Параметры процесса впрыска и состояние полости формы оказывают непосредственное влияние на качество формованной поверхности. Разработчики форм не могут контролировать параметры обработки, но они должны указывать критерии для определенного внешнего вида, чтобы изготавливать формы с правильными условиями поверхности.

Различные методы обработки создают разную степень шероховатости поверхности пресс-формы, что влияет на процесс отделки. Например, общие отделки, производимые Электроэрозионная обработка (EDM) диапазон от 10 до 100 микродюймов (от 250 до 2500 микрометров). Для получения зеркальной поверхности может потребоваться менее 1 микродюйма (25 микрометров), в то время как среднее показание для большинства деталей может находиться в диапазоне от 20 до 40 микродюймов (от 500 до 1000 микрометров).

Более гладкая отделка полости уменьшает холмы и впадины, которые производятся во время обработки, что обычно облегчает выталкивание формованных деталей. Влияние EDM на шероховатость поверхности полости показано на рисунке 2-4, который подчеркивает необходимость соответствующей обработки камнями и полировки для обеспечения требуемой гладкости. Для отделки поверхности полости формы Общество пластмассовой промышленности (SPI) разработало стандарты. Существует три уровня (1, 2 и 3) в каждом классе (A, B, C и D), где A-1 является самой гладкой отделкой, а D-3 является грубой, сухой струйной отделкой.

Хотя плоская поверхность облегчает выталкивание, слишком гладкие поверхности могут создавать вакуум, особенно при использовании жестких, твердых смол. В таких ситуациях небольшое количество шероховатости поверхности на металле помогает устранить вакуум и обеспечивает надлежащее выталкивание детали.

Если применяется послеформовочная отделка, поверхность формованной детали требует подготовки. Для полиолефинов окисление поверхности необходимо для облегчения адгезии краски, красителя, горячих штампов или других декоративных отделок. Минимизация использования разделительных агентов для форм во время литьё под давлением рекомендуется избегать помех адгезии, что еще раз подчеркивает важность тщательно отполированной поверхности формы.

Важно идентифицировать поверхности, предназначенные для декорирования после формовки на чертежах изделий. Это уведомление гарантирует, что формовщики и формовщики распознают критические области, требующие особого внимания в процессе отделки.

ГатМетод и местоположение

Конечное качество, внешний вид и физические свойства формованного изделия зависят от расположения литника и типа используемой литниковой системы. В идеале полость должна быть снабжена литником так, чтобы расплавленный материал сначала попадал в самую толстую часть детали, как показано на рисунке ниже.

Эта концепция основана на поведении расплавленных пластиковых молекул, которые стремятся занять доступное пространство и стремятся к равномерному распределению воздуха. Размещение затвора в самой толстой части полости заставляет молекулы сжиматься, сжимая их по мере продвижения в полость. Это уплотнение вытесняет воздух между молекулами, что приводит к плотной молекулярной структуре и формованной детали с оптимальной структурной целостностью.

Напротив, литниковое отверстие на тонком конце позволяет молекулам расширяться, увеличивая воздушные пространства между ними и приводя к более слабой молекулярной связи. Это приводит к формованной детали с низкой структурной целостностью.

Хотя идеальное расположение и конструкция литника будут рассмотрены в следующей главе, крайне важно распознать потенциальные расположения литников на этом этапе. Определение этих расположений позволяет вести проактивную коммуникацию с дизайнером продукта для решения любых проблем. Литники, независимо от типа, оставляют следы, известные как отпечатки, выступающие из формованной детали или сломанные в ней. Они никогда не будут идеально прилегать к формованной детали. Если отпечатки мешают функции, внешнему виду или предполагаемому использованию формованной детали, может потребоваться переместить литник, и в этом решении дизайнер продукта должен активно участвовать.

Эжектог Метод и местоположение

После того, как расплавленный пластик затвердел в форме, необходимо вытолкнуть из формы готовое формованное изделие. Преобладающий метод для этой задачи предполагает использование выталкивающих штифтов, которые используются для выталкивания формованной детали из полости, где она приняла форму, как показано на рисунке ниже.

Для оптимизации процесса выталкивания и минимизации напряжения рекомендуется использовать выталкиватели большего диаметра. Это обеспечивает равномерное распределение силы выталкивания по всей отформованной детали, снижая риск образования трещин или проколов, вызванных недостаточной площадью выталкивателя. В идеале выталкиватели должны быть стратегически расположены для приложения силы к самым прочным участкам детали, таким как углы, под выступами и пересечения ребер. Хотя круглые выталкиватели являются наиболее распространенными и экономичными, прямоугольные сечения также являются жизнеспособными.

Подобно литникам, выталкивающие штифты оставляют следы на формованной детали. Из-за постоянного расширения и сжатия различных компонентов пресс-формы в процессе формования достижение идеальной заподлицо с поверхностью детали является сложной задачей. Следовательно, если штифты слишком короткие, они оставляют выступ или излишнюю пластиковую прокладку, известную как след, как показано на рисунке ниже. И наоборот, если штифты слишком длинные, они создают отпечатки на пластиковой детали.

Крайне важно соблюсти баланс длины штифтов. Чрезмерно длинные штифты могут привести к тому, что отформованная деталь останется на выталкивающих штифтах, что создаст риск повреждения, если форма закроется на невыталкиваемой части. Следовательно, разумно намеренно делать штифты короткими, что приведет к тонкой прокладке излишков материала. Разработчики продукта должны быть проинформированы о предполагаемом расположении выталкивающих штифтов и полученных следах заверения, чтобы принимать обоснованные решения относительно приемки.

Если контрольные отметки считаются неприемлемыми по функциональным или эстетическим соображениям, возможно, придется рассмотреть альтернативные методы выталкивания, такие как съемная пластина или усовершенствованная система воздушной струи. Альтернативным вариантом является перепозиционирование детали в пресс-форме для перемещения выталкивающих штифтов, хотя это может повлечь за собой более высокие затраты на пресс-форму.

Расположениеn полостей и каналов охлаждения

При использовании одногнездной формы оптимально расположить полость в центре формы. Такая конфигурация облегчает литниковое литье, создавая благоприятные условия для процесса формования. Впрыск материала происходит непосредственно в полость, что минимизирует расстояние перемещения. При отсутствии ограничений давление впрыска может быть снижено, а напряжение эффективно минимизировано. Эти условия требуются даже в многогнездных формах.

В случае многогнездных форм важно размещать полости как можно ближе к центру формы. Однако следует учитывать необходимость выталкивающих штифтов как для деталей, так и для литников, отвечающих за транспортировку материала в полости. Кроме того, охлаждающие каналы должны быть стратегически размещены в пластинах формы, чтобы охлаждающая жидкость, обычно вода, подавалась как можно ближе к полостям формы, не нарушая целостности стали и не вызывая утечек воды.

Важно тщательно расположить полости, чтобы избежать помех для крепежных болтов и выталкивающих штифтов. По мере увеличения количества полостей компоновка становится более сложной, что делает процесс более трудным. Общее правило заключается в том, что охлаждающие каналы должны располагаться не ближе, чем на расстоянии, вдвое превышающем их диаметр, от любого другого объекта, как показано на рисунке ниже. Это гарантирует достаточно окружающего металла, чтобы свести к минимуму риск прорыва.

Идеальная компоновка для многогнездной формы напоминает спицы в колесе. Такая компоновка позволяет расположить полости как можно ближе к центру формы и исключает повороты под прямым углом в литниковой системе. Такие повороты приводят к падению давления 20% на каждый поворот, что требует увеличения диаметра литника для поддержания надлежащего потока материала. Такое увеличение приводит к более высоким затратам на материал и более длительному времени цикла и должно избегаться по возможности. На рисунке ниже показана типичная компоновка спиц для восьмигнездной формы.

Несмотря на преимущества концепции спицы, она имеет ограничение на общее количество возможных полостей в пределах заданного размера формы. Квадратный шаблон, как показано на рисунке 10, может вместить больше полостей. Однако квадратные шаблоны вводят повороты в литниковую систему, часто представленные в виде прямых углов. Повороты под прямым углом требуют дополнительного давления впрыска для продвижения материала, что приводит к увеличению диаметра первичного литника 20% для балансировки давления. Если необходимы квадратные шаблоны, предпочтительнее иметь литники с широкими поворотами вместо прямых углов,

Независимо от используемой литниковой системы, выталкивающие штифты необходимы для выталкивания как литниковой системы, так и отформованной детали. Поэтому при компоновке полости необходимо учитывать не только близость полостей к центру формы для минимального перемещения материала, но и то, как избежать размещения выталкивающих штифтов (и крепежных болтов) в середине охлаждающих каналов.

Вышеперечисленные пункты представляют собой лишь общие требования к проектированию пресс-форм для литья под давлением, будут и некоторые другие требования, такие как концепции вентиляции, размеры пресс-формы, слайдер или подъемник пресс-формы и т. д. Проектирование пресс-формы — нелегкий навык. Если вы хотите заказать проектирование пресс-формы для литья под давлением, вы можете связаться с нами для получения расценок.

Пример проектирования литьевой формы от Sincere Tech – DFM Anylisis

Чтобы иметь возможность мыслить одинаково в SinereTech и использовать размеры, подходящие для всех приложений, мы создали следующие руководящие принципы. Эти руководящие принципы проектирования пресс-форм будут использоваться инженерами-расчетчиками, а также в качестве основы для наших конструкторов в случае возникновения любых Форма для литья под давлением проект, и иногда мы можем называть это отчет DFM также анилизис.

1. Инжекционный затвор и общая компоновка.

   1. Обычно литник для впрыска размещается вдоль самой длинной стороны детали, а цилиндр литника для впрыска — на максимально близком расстоянии от этой стороны (питатель обычно не движется по полости, как банан).
   2. Если используются слайдеры или другие факторы могут повлиять на размещение инжекционного литника или питателя, дайте некоторые рекомендации по расположению литника и спросите клиента, какое расположение литника он предпочитает. Согласитесь с решением до дизайн пресс-формы. Тогда общая компоновка будет подходить практически для всех пресс-форм.

2. Расстояние между краями полости и краями вставки.

   1. Для обычных случаев, за исключением литьевых форм с большими ползунами или «глубокими» деталями, используйте расстояние 50-80 мм. Верхний предел используется для «больших» деталей, а нижний предел — для меньших деталей.
   2. Для инструмент для литья пластмасс под давлением при использовании более крупных слайдеров расстояние может достигать 90–100 мм, особенно если речь идет о двух сторонах справа и слева от слайдера.
   3. Для действительно глубоких деталей расстояние может быть больше 100 мм, но в этом случае нам следует проконсультироваться с заказчиком относительно того, подходит ли для этого его литьевая машина.
   4. Для очень маленьких деталей используется минимальное расстояние 50 мм.
   5. Расстояние со стороны цилиндра впрыска такое же, как и с других сторон, но примерно на 10–15 мм больше.
   6. В случае, если мы хотим оптимизировать эти расстояния. Это может быть предпочтительно использовано для этого типа инструментов для литья под давлением

3. Расстояние между полостями.

   1. Как правило, в большинстве случаев между полостями используется расстояние 30–50 мм.
   2. Для очень маленьких деталей используется расстояние минимум 15–30 мм.
   3. Для действительно глубоких деталей расстояние обычно больше 50 мм, но в этом случае нам следует проконсультироваться с заказчиком, подходит ли размер литьевой формы для его машины.
   4. В случаях, когда направляющая находится между полостями, расстояние между каждой полостью будет составлять не менее 30–40 мм. Используйте затвор типа «банан», тогда расстояние между каждой полостью будет на 10 мм больше.

4. Расстояние между краем вставки и краем основания формы.

   1. Обычно (для обычных случаев) правило заключается в том, чтобы использовать то же расстояние, которое используется для литье под давлением (если только деталь не требует больших ползунов). Это включает в себя более крупные детали, более глубокие детали и детали, требующие меньших ползунов. Это означает, что расстояние 60-90 мм подойдет для большинства форм.
   2. Для форм с большими гидравлическими ползунами необходимо увеличить расстояние на 50-200 мм сверх обычного расстояния (больше, чем это было бы необходимо для литья под давлением). Однако в таких случаях мы должны попросить заказчика одобрить это. Один вопрос также заключается в том, насколько асимметричной может быть форма, если большой ползун используется только с правой или левой стороны формы.

5. Толщина пластин и вставок А/В.

   1. Толщина как вставок, так и пластин A/B в основном контролируется проекционной площадью детали. Как правило, толщины, указанные в таблице ниже, будут использоваться при проектировании форм для литья под давлением. Проекционные площади указаны в см². Для больших проектируемых площадей или глубоких форм рекомендуется запросить одобрение у заказчика. Могут быть формулы для использования в случае, если эти размеры будут оптимизированы

Проекционная площадь (см2)2)	Толщина между краем вставки и задней стороной пластины A/B		Толщина между краем полости и задней стороной края вставки
	А-пластина	B-пластина	Вставка-А	Вставка-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

Наконец, если вы не уверены, какое решение по проектированию пресс-формы для вашего литья под давлением является наилучшим, вы можете связаться с нами, мы предложим вам дизайн пресс-формы, изготовление пресс-форм и услуги по литью под давлением.