Formkonstruktion för formsprutning

Det första steget i form konstruktion för formsprutning är att få fram nödvändig information. Detta innebär att räkna ut hur många hålrum det kommer att finnas, välja material för formen och samla in relevant information. Detta kan kräva att man arbetar med specialister som materialingenjörer, verktygstillverkare och kostnadsanalytiker. Även om formningsmaterialet vanligtvis inte väljs av formkonstruktören, kräver framgångsrik formkonstruktion en förståelse för flera viktiga faktorer. Kontrollera tips för design av ribbor för plastdelar.

Materialval för formkonstruktion

Att förstå egenskaperna hos gjutmaterialen är viktigt när man utformar formsprutningsformar. varierande material och till och med kvaliteter har olika krympningshastighet, så det är viktigt att bekräfta detta först innan du börjar formdesignen, för om krympningen har ställts in i formdesignen kan du senare inte byta till annat krympningsmaterial, eftersom det kommer att ändra på delens dimensioner. Vissa plaster är bättre på att absorbera och avleda värme, vilket påverkar hur väl formen kyls ner. Detta kan påverka var formens kylkanaler är belägna, och utformningen av grindar, löpare och ventiler påverkas i hög grad av plastens viskositet.

Hänsyn till krympning

En viktig faktor vid formkonstruktionen är krympningshastigheten, eller den sammandragningsfas som uppstår i polymerer. Hur mycket en del kommer att krympa efter att ha tagits ut ur formen bestäms av krympningsfaktorn som tilldelas varje plasttyp. Plast kan krympa på ett anisotropiskt eller isotropiskt sätt. I likhet med amorfa material krymper isotropa material likformigt i alla riktningar. Å andra sidan kan anisotropa material - som ofta är kristallina - uppvisa större krympning längs flödesriktningen.

För att uppnå den nödvändiga storleken efter krympning behöver t.ex. en 6-tumsprodukt med en krympfaktor på 0,010 tum en formkavitet på 6,060 tum. De tre kategorierna av krympfaktorer är följande: låg, som ligger mellan 0,000 tum och 0,005 tum, medelhög, som ligger mellan 0,006 tum och 0,010 tum, och hög, som ligger över 0,010 tum.

Genom att tillämpa krympfaktorer på varje tum av produkten påverkas alla dess dimensioner. Tre kategorier av krympning - låg, medelhög och hög - påverkar formkavitetens dimensioner. Krympningen kan påverkas av temperaturfluktuationer i formen samt ändringar av produktens väggtjocklek. Det är svårt att uppskatta krympning; materialleverantörer, formtillverkare och erfarna formare måste alla väga in. om du inte vet vilken krympning du ska använda, behöver du inte oroa dig, behöver bara berätta om det material du föredrar att använda för ditt projekt, så hanterar vi resten åt dig.

Nedanstående tabell visar krymphastigheten för de mest populära materialen

Fullständigt namn på Material	Kort namn på materialet	Min till Max Värden för krympning
Akrylnitril-butadienstyren	ABS	.004 – .008
Akrylnitril-butadienstyren/polykarbonat	PC/ABS	.004 – .007
Acetal	POM	.020 – .035
Akryl	PMMA	.002 – .010
Etylenvinylacetat (	EVA	.010 – .030
Polyeten med hög densitet	HDPE	.015 – .030
Polyeten med låg densitet	LDPE	.015 – .035
Polyamid - Nylon (PA) fylld 30% Glasfiber	PA+30GF	.005 – .007
Polyamid – Nylon (PA) Ej fylld	PA	.007 – .025
Polybutylentereftalat	PBT	.008 – .010
Polykarbonate	PC	.005 – .007
Akrylonitril Styrenakrylat	ASA	.004 -. 007
Polyester		.006 – .022
Polyetereterketon	PEEK	.010 – .020
Polyeterimid	PEI	.005 – .007
Polyeten	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

Bestämning av hålrum i formkonstruktionen för formsprutning

Att ta reda på hur många kaviteter som krävs är ett viktigt första steg innan man diskuterar verktygsstorlek och utrustningskrav. Denna parameter är avgörande för att bestämma hur mycket som kan produceras genom formsprutningsprocessen på en viss tid, tillsammans med den totala cykeltiden.

Målen för den årliga produktionsvolymen för en viss produkt är direkt relaterade till antalet kaviteter som behövs. Beräkningen kräver till exempel att man känner till den årliga produktionstiden som är tillgänglig om målet är att skapa 100.000 enheter i genomsnitt per år. Detta är 6.240 timmar per år (52 veckor * 5 dagar/vecka * 24 timmar/dag), förutsatt att en typisk arbetsvecka är fem dagar och 24 timmar per dag. Varje månad har då i genomsnitt 520 tillgängliga timmar (6 240 / 12).

Uppskattning av cykeltid

För att kunna räkna ut hur många kaviteter som behövs är det viktigt att uppskatta cykeltiden. Den tjockaste väggdelen av det ämne som ska gjutas har störst inverkan på cykeltiden. En riktlinje för denna uppskattning visas i figur 2-3, som tar hänsyn till antagandena om en gjutmaskin av lämplig storlek och typiska insprutningsprocesstider. Även om cykeltiderna kan variera avsevärt beroende på materialet, ger diagrammet en användbar utgångspunkt.

När den totala cykeltiden har beräknats kan antalet cykler per timme beräknas genom att den beräknade cykeltiden divideras med 3.600, vilket är antalet sekunder på en timme. Till exempel produceras 100 gjutcykler per artikel om den maximala väggtjockleken är 0,100 tum och cykeltiden är ungefär 36 sekunder.

Hålrum och produktionsskala

Anta att vi har ett årligt behov på 100.000 enheter. För att uppfylla detta kriterium skulle en enkelkavitetsform kräva cirka 1.000 timmar eller 8,33 veckor. Som ett alternativ kan produktionstiden halveras till 4,16 veckor med en tvåkavitetsform. De ekonomiska konsekvenserna av en tvåkavitetsform måste dock noga övervägas.

En form med en enda kavitet som arbetar oavbrutet skulle inte vara genomförbar för större tillverkningsantal, t.ex. 10 miljoner enheter per år. I detta fall kan 624.000 enheter tillverkas årligen med hjälp av en 16-kavitetsform. Flera formar med 16-32 kaviteter vardera kan övervägas, med produktion fördelad över tre till sex månader, för att nå 10 miljoner bitar. Det är dock viktigt att bedöma aspekter som kostnad och tillgång till formningsutrustning.

Välja rätt material för konstruktion av formsprutningsverktyg

Att välja lämpligt material för formsprutning är en kritisk aspekt som i hög grad påverkar effektiviteten i gjutningsprocessen. Olika material, allt från stål till legeringar och till och med aluminium, erbjuder unika egenskaper som tillgodoser olika gjutningskrav.

Stål

1. 1020 Kolstål: Idealisk för utkastarplattor och hållarplattor tack vare sin bearbetbarhet. Karburering krävs för härdning.
2. 1030 Kolstål: Används för formbaser, utmatarhus och klämplattor. Kan enkelt maskinbearbetas och svetsas, med möjlighet till härdning till HRC 20-30.
3. 4130 Legerat stål: Höghållfast stål som lämpar sig för hålrums- och kärnhållarplattor, stödplattor och spännplattor. Levereras med 26 till 35 HRC.
4. S-7 Verktygsstål: Stöttålig med god slitstyrka, används för förreglingar och spärrar. Härdade till 55-58 HRC.
5. P-20 Verktygsstål: Modifierad 4130, förhärdad för hålrum, kärnor och stripperplattor. Levereras med HRC 28-40.
6. S136 rostfritt stål: Detta är ett av de bästa härdningsmaterialen för hålrum, kärnor, insatser och andra formningskomponenter, härdat till 50-54 HRC.
7. NAK80 högpolerande stål: Används för hålrum, kärnor och andra forminsatser med hög glasytfinish, förhärdat till 38-42HRC.
8. 1.2344 och 1.2343 stål? Detta är härdat stål som främst används för hålrum, kärnor och andra formkomponenter, härdat till 50-54 HRC.

Aluminium

Den vanligaste aluminiumkvaliteten för formar är 7075 (T6). Denna legering av flygplanskvalitet uppnår vid anodisering en ythårdhet på upp till 65 Rc för förbättrad slitstyrka. Den kan användas för hela formen och dess yta tenderar att bli självutjämnande, vilket minskar byggtiden för formen och cykeltiderna för formsprutning.

Beryllium-kopparlegeringar

Dessa legeringar, t.ex. CuBe 10, CuBe 20 och CuBe 275, används ofta som komponenter som monteras på formbaser av stål eller aluminium. De hjälper till med värmeavledning, särskilt i områden med utmanande placering av kylkanaler. Hårdheten varierar från Rb 40 till Rc 46.

Övriga material

Även om det är mindre vanligt, kan andra material som epoxi, aluminium/epoxilegeringar, silikongummi och trä kan användas för formar, främst för små volymer eller prototyptillverkning (vanligtvis under 100 stycken). Dessa material lämpar sig inte för högvolymsproduktion på grund av deras begränsade hållbarhet och kan vara mer lämpliga för prototyptillverkning.

På senare tid har aluminium, särskilt legeringen 7075, blivit ett gångbart alternativ även för högvolymsproduktion, vilket utmanar den traditionella uppfattningen att aluminium endast är lämpligt för lågvolym- eller prototypformar. Valet av formmaterial bör anpassas till kraven på produktionsvolym, materialkompatibilitet och de specifika egenskaper som behövs för gjutningsprocessen.

Ytfinish och speciella krav vid formkonstruktion för formsprutning

När det gäller design av gjutna produkter är det viktigt att få rätt ytutseende, både estetiskt och när det gäller att göra det lättare att applicera finesser som varumärkeslogotyper eller dekorativa konstverk. Parametrarna i formsprutningsprocessen och formkavitetens tillstånd har en direkt inverkan på den gjutna ytans kvalitet. Formkonstruktörerna kan inte styra bearbetningsparametrarna, men de måste ange kriterier för specifika utseenden för att kunna tillverka formar med rätt ytförhållanden.

Olika bearbetningstekniker ger olika grader av ytjämnhet på formytorna, vilket påverkar efterbearbetningsproceduren. Till exempel, vanliga ytbehandlingar som produceras av Elektrisk urladdningsbearbetning (EDM) varierar från 10 till 100 mikroinches (250 till 2.500 mikrometer). Det kan räcka med mindre än 1 mikroinch (25 mikrometer) för att få en spegelblank yta, medan en genomsnittlig avläsning för de flesta detaljer kan ligga mellan 20 och 40 mikroinch (500 till 1.000 mikrometer).

En jämnare kavitetsyta minskar de kullar och dalar som uppstår under bearbetningen, vilket vanligtvis gör det lättare att mata ut de gjutna delarna. Effekten av EDM på kavitetens ytjämnhet visas i figur 2-4, vilket understryker nödvändigheten av lämplig stenslipning och polering för att uppnå den jämnhet som krävs. Society of the Plastics Industry (SPI) har skapat standarder för ytfinishen i formkaviteten. Det finns tre nivåer (1, 2 och 3) i varje klass (A, B, C och D), där A-1 är den jämnaste ytan och D-3 är en grov, torrblästrad yta.

Även om en plan yta underlättar utmatningen kan alltför släta ytor skapa vakuum, särskilt vid användning av styva, hårda hartser. I dessa situationer kan en liten uppruggning av metallen hjälpa till att avlägsna vakuumet och möjliggöra en lämplig utmatning av detaljen.

Om ytbehandling efter gjutning tillämpas måste den gjutna delens yta förberedas. För polyolefiner är oxidation av ytan nödvändig för att underlätta vidhäftningen av färg, färgämnen, heta stämplar eller andra dekorativa ytbehandlingar. Minimera användningen av formsläppmedel under formsprutning är lämpligt för att undvika störningar i vidhäftningen, vilket ytterligare understryker vikten av en högpolerad formyta.

Det är viktigt att identifiera ytor som är avsedda för dekoration efter gjutning på produktritningar. Detta meddelande säkerställer att formtillverkare och gjutare känner igen kritiska områden som kräver särskild uppmärksamhet i efterbearbetningsprocessen.

Gate Metod och plats

Den slutliga kvaliteten, utseendet och de fysiska egenskaperna hos en gjuten produkt påverkas av grindens placering och vilken typ av grindsystem som används. Helst ska kaviteten vara försedd med en port så att det smälta materialet först kommer in i den tjockaste delen av detaljen, vilket illustreras i bilden nedan.

Detta koncept grundar sig på beteendet hos smälta plastmolekyler, som tenderar att ta upp tillgängligt utrymme och sträva efter jämn luftfördelning. Genom att placera porten i den tjockaste delen av hålrummet tvingas molekylerna samman och komprimeras när de rör sig in i hålrummet. Denna komprimering driver ut luft mellan molekylerna, vilket resulterar i en tätt packad molekylstruktur och en gjuten del med optimal strukturell integritet.

I motsats till detta tillåter en gating i den tunna änden molekylerna att expandera, vilket ökar luftutrymmet mellan dem och leder till en svagare molekylär bindning. Detta resulterar i en gjuten del med låg strukturell integritet.

Även om den perfekta grindplaceringen och -konstruktionen kommer att behandlas i ett senare kapitel, är det viktigt att redan nu identifiera potentiella grindplaceringar. Genom att identifiera dessa platser möjliggörs proaktiv kommunikation med produktdesignern för att lösa eventuella problem. Grindar, oavsett typ, kommer att lämna spår, så kallade vestige, som antingen sticker ut från eller bryts in i den gjutna delen. Den kommer aldrig att vara helt i jämnhöjd med den gjutna delen. Om kvarlevorna hindrar den gjutna delens funktion, utseende eller avsedda användning kan grinden behöva flyttas, ett beslut som produktdesignern bör vara aktivt involverad i.

Ejector Metod och plats

Efter att den smälta plasten har stelnat i formen måste den slutliga gjutna produkten matas ut från formen. Den dominerande metoden för denna uppgift är att använda utmatningsstift, som används för att trycka ut den gjutna delen ur hålrummet där den tog form, vilket visas på bilden nedan.

För att optimera utmatningsprocessen och minimera påfrestningarna är det lämpligt att använda utmatningsstift med större diameter. Detta säkerställer en jämn fördelning av utstötningskraften över den gjutna delen, vilket minskar risken för sprickor eller punkteringar orsakade av otillräcklig utstötningsyta. Utmatningsstiften ska helst vara strategiskt placerade för att utöva kraft på de starkaste områdena på detaljen, t.ex. nära hörn, under bossor och nära ribbkorsningar. Även om runda utkastarpinnar är de vanligaste och mest kostnadseffektiva, är rektangulära tvärsnitt också användbara.

I likhet med grindar lämnar utmatningsstift spår på den gjutna delen. På grund av den kontinuerliga expansionen och sammandragningen av olika formkomponenter under gjutningsprocessen är det svårt att uppnå perfekt jämnhet med detaljens yta. Om stiften är för korta lämnar de därför ett utstickande eller överflödigt plaststycke, ett s.k. vittnesmärke, som visas på bilden nedan. Om stiften är för långa skapar de tvärtom avtryck i plastdelen.

Det är viktigt att hitta en balans i stiftlängden. Alltför långa stift kan leda till att den gjutna delen blir kvar på utmatningsstiften, vilket innebär risk för skador om formen stängs på den icke utmatade delen. Därför är det klokt att avsiktligt hålla stiften korta, vilket resulterar i en tunn dyna av överskottsmaterial. Produktdesigners måste informeras om de avsedda placeringarna av utmatningsstiften och de resulterande vittnesmärkena för att kunna fatta välgrundade beslut om godkännande.

Om vittnesmärkena anses vara oacceptabla av funktionella eller estetiska skäl, kan alternativa utmatningsmetoder behöva undersökas, t.ex. en stripperplatta eller ett avancerat luftblästringssystem. Ett annat alternativ är att ompositionera detaljen i formen för att möjliggöra omplacering av utstötningsstiften, även om det kan medföra högre formkostnader.

Platsn av hålrum och kylkanaler

När man använder en form med en kavitet är det optimalt att placera kaviteten i mitten av formen. Denna konfiguration underlättar grindning av granen, vilket skapar gynnsamma förhållanden för gjutningsprocessen. Materialinsprutningen sker direkt in i kaviteten, vilket minimerar transportsträckan. Utan några begränsningar kan insprutningstrycket minskas och påfrestningarna minimeras effektivt. Dessa förhållanden eftersträvas även i multikavitetsformar.

När det gäller flerkavitetsformar är det viktigt att placera kaviteterna så nära formens mitt som möjligt. Hänsyn måste dock tas till behovet av utmatningsstift för både delarna och de löpare som ska transportera materialet till kaviteterna. Dessutom måste kylkanaler placeras strategiskt i formplattorna för att föra kylvätska, vanligtvis vatten, så nära formhålorna som möjligt utan att äventyra stålets integritet och orsaka vattenläckage.

Det är viktigt att noggrant placera hålrummen så att de inte kommer i konflikt med monteringsbultar och utskjutarstift. I takt med att antalet hålrum ökar blir layouten mer komplicerad, vilket gör processen mer utmanande. En allmän riktlinje är att kylkanalerna inte ska placeras närmare än två gånger sin diameter från något annat föremål, som visas i bilden nedan. Detta säkerställer att det finns tillräckligt med omgivande metall för att minimera risken för genombrott.

En idealisk layout för en flerkavitetsform liknar ekrarna i ett hjul. Denna layout gör att kaviteterna kan placeras så nära formens mitt som möjligt och eliminerar rätvinkliga svängar i löparsystemet. Sådana svängar resulterar i ett tryckfall på 20% för varje sväng, vilket kräver en ökning av löparens diameter för att upprätthålla ett korrekt materialflöde. Denna eskalering leder till högre materialkostnader och längre cykeltider och bör undvikas när det är möjligt. bilden nedan illustrerar en typisk eklayout för en åtta-kavitetsform.

Trots fördelarna med ekkonceptet innebär det en begränsning av det totala antalet kaviteter som är möjliga inom en given formstorlek. Ett kvadratiskt mönster, som visas i figur 10, kan rymma fler kaviteter. Kvadratiska mönster medför dock svängar i löparsystemet, ofta representerade som räta vinklar. Rätvinkliga svängar kräver ytterligare insprutningstryck för att driva materialet genom, vilket leder till en 20% ökning av den primära löparens diameter för att balansera trycket. Om fyrkantiga mönster är nödvändiga är det att föredra att ha löpare med svepande svängar istället för räta vinklar,

Oavsett vilket löparsystem som används är utmatningsstiften viktiga för att mata ut både löparsystemet och den gjutna delen. Därför måste kavitetslayouten inte bara ta hänsyn till kaviteternas närhet till formens centrum för minimal materialrörelse utan också till hur man undviker att placera utkastarpinnar (och monteringsbultar) mitt i kylkanalerna.

Ovanstående artiklar är bara allmänna krav på formdesign för formsprutning, det kommer att finnas några fler krav, såsom ventilationskoncept, dimensionering av mögel, formreglage eller lyftare, och så vidare, att designa en form är inte lätt skicklighet. om du vill ha formdesign för formsprutning kan du kontakta oss för en offert.

Fallstudie av formsprutningsdesign från Sincere Tech - DFM Anylisis

För att kunna tänka på samma sätt inom SinereTech och för att kunna använda dimensioner som är lämpliga för alla applikationer har vi skapat följande riktlinjer. Dessa riktlinjer för formkonstruktion kommer att användas av beräkningsingenjörerna samt som en bas för våra konstruktörer vid eventuella Formsprutning projekt, och ibland kan vi kalla detta för DFM-rapport anylisis också.

1. Injektionsport och övergripande layout.

   1. I allmänhet placeras insprutningsporten längs detaljens längsta sida och insprutningsportens cylinder på det närmaste avståndet till den sidan (löparen kommer normalt inte att gå runt kaviteten som en banan).
   2. Om sliders används eller om andra faktorer kan påverka placeringen av insprutningsgrinden eller löparen, ge några förslag på grindplacering och fråga kunden vilken grindplacering de föredrar. Kom överens om en lösning före formkonstruktionen. Då kommer den allmänna layouten att vara lämplig för nästan all form.

2. Avstånd mellan hålrummets kanter och insatsens kanter.

   1. I normala fall, utom för formsprutningsverktyg med större reglage eller "djupa" detaljer, används avståndet 50-80 mm. Den övre gränsen används för "större" delar och den nedre gränsen för mindre delar.
   2. För verktyg för formsprutning av plast med större reglage kan avståndet vara upp till 90-100 mm, särskilt när det gäller de två sidorna till höger och vänster från reglagets sida.
   3. För riktigt djupa delar kan avståndet vara större än 100 mm, men då bör vi fråga kunden om råd om lämplig kundens formsprutningsmaskin.
   4. För riktigt små delar används det minsta avståndet på 50 mm.
   5. Avståndet för sidan mot insprutningscylindern är detsamma som för de andra sidorna, men ca 10-15 mm därutöver.
   6. Ifall vi skulle vilja optimera dessa avstånd. Detta kan företrädesvis användas för denna typ av pressgjutningsverktyg

3. Avstånd mellan kaviteterna.

   1. I allmänhet används ett avstånd på 30-50 mm mellan varje hålrum i de flesta fall.
   2. För riktigt små delar används ett avstånd på minst 15-30 mm.
   3. För riktigt djupa detaljer är avståndet i allmänhet större än 50 mm, men då bör vi fråga kunden om råd om formsprutans storlek passar till kundens maskin.
   4. För fall där löparen är mellan kaviteterna kommer avståndet att vara minst 30-40 mm mellan varje kavitet, om du använder bananport blir avståndet mellan varje kavitet extra 10 mm mer.

4. Avstånd mellan insatsens kant och kanten på formbotten.

   1. Generellt sett (för normala fall) är regeln att använda samma avstånd som används för formsprutning (så länge delen inte kräver stora reglage). Detta gäller även större delar, djupare delar och delar som kräver mindre reglage. Det innebär att ett avstånd på 60-90 mm är OK för de flesta formar.
   2. För formar med stora hydrauliska reglage finns det ett behov av att öka avståndet med 50-200 mm utöver det normala avståndet (mer än vad som skulle ha behövts för formsprutning). I dessa fall bör vi dock be kunden om godkännande. En fråga är också hur asymmetrisk formen kan vara om ett stort reglage endast används på höger eller vänster sida av formen.

5. Tjockleken på A/B-plattor och -insatser.

   1. Tjockleken på både insatserna och A/B-plattorna styrs huvudsakligen av detaljens projicerade yta. Som en tumregel används de tjocklekar som anges i tabellen nedan vid konstruktion av gjutformar för pressgjutning. De projicerade ytorna anges i cm². För stora projicerade ytor eller djupa formar rekommenderas att du ber kunden om godkännande. Det kan finnas formler att använda om dessa dimensioner ska optimeras

Projicerad yta (cm2)	Tjockleken mellan insatsens kant och baksidan av A/B-plattan		Tjockleken mellan hålrumskanten och baksidan av insatsens kant
	A-platta	B-platta	Infoga-A	Infoga-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

Slutligen, om du inte är säker på vad som är de bästa formdesignlösningarna för din formsprutning, är du välkommen att kontakta oss, vi kommer att erbjuda dig formkonstruktion, tillverkning av gjutformar och tillverkning av formsprutning.