Formsprutning är en av de vanligaste teknikerna inom plasttillverkning och innebär att delar "sprutas" in i formar för att forma delar med specifika dimensioner. Denna process är beroende av plastdelens designöverväganden för att uppnå effektivitet när det gäller att uppfylla prestandamål och de estetiska och kostnaderna för dessa delar. I den här artikeln går vi igenom de grundläggande designegenskaperna hos en plastdetalj som måste beaktas vid formsprutning, t.ex. ribbor, bossor, grindar, sprickor, toleranser och deras effekter, materialval och rundade hörn.
Vad är plastinjektionsgjutning?
Konstruktionen av plastdetaljerna innebär att man ritar upp funktioner för underenheter och delar som ska formsprutas, en process där man formar delar av smält plast. Detta markeras genom att komma fram till den bästa designen som gör delarna starka, operativa och billiga att tillverka.
Grunderna i formsprutningsprocessen
Innan vi förstår designplastdelen, låt oss få en översikt över de viktiga processerna för formsprutning av plast. Dessa kan inkludera;
1. Smältning
Plastpellets förs in i formsprutningsmaskinen och värms sedan upp tills de når sin högsta temperatur. Här omvandlas pelletsen till flytande form av plast. Detta gör plasten mer flexibel och kan lätt modelleras till olika former.
2. Injektion
Plastinsprutning innebär att den smälta plasten sprutas in i formhålan med hjälp av högt tryck. Formen är gjord på ett sätt som gör att den skapar en viss del. Dessutom säkerställer trycket att plasten tar upp hela formen av formen.
3. Kylning
När formen har fyllts med plastmaterialet måste den kylas för att härda och sedan tas bort. Kylningen kan göras med hjälp av kylluft eller vatten för formen. Denna process förvandlar plasten till ett tillräckligt hårt material och kan anta formen på formen.
4. Utkastning
Det finns ytterligare en operation när den härdade plasten trycks ut ur formen om formen är öppen under kylning. Delen avlägsnas utan att den förstörs med hjälp av utkastarpinnar eller andra metoder. Sedan stängs formen för att börja om igen för nästa plastdel.
Nyckel Överväganden om Konstruktion av plastdetaljer för formsprutning
När du arbetar med formsprutning är optimerad design av plastdetaljer viktigt för att skapa högkvalitativ formsprutning och konkurrenskraftiga kostnad för formsprutning. Låt oss nedan diskutera det viktiga övervägandet av plastdelens design för formsprutningsprocessen;
1. Delgeometri
Delgeometrin spelar en viktig roll när det gäller att hantera formerna. Så låt oss diskutera de olika överväganden vi kan välja för att öka effektiviteten i formsprutningsprocessen.
I. Komplexitet:
Designen är ganska enkel eller komplex, vilket innebär att kostnaden för en form kommer att bero på komplexiteten hos en del och formens design. Dessutom resulterar komplexiteten i designen i ett stort antal delar. Platta delar som en platt panel är billigare och lättare att gjuta jämfört med att utforma en del med många underskärningar eller funktioner. En av branschens realiteter är att komplicerade konstruktioner kräver utveckling av komplicerade formar, vilket i sin tur innebär högre kostnader.
II. Enhetlig väggtjocklek:
Den bör vara enhetlig över sektionerna i konstruktionsarbetet eftersom enhetlighet leder till färre tillverkningsproblem. När en detalj har tunna väggar och tjocka väggar är orsaken vanligtvis de olika kylningshastigheterna som detaljen genomgår under gjutningsprocessen. En sådan kylning kan leda till skevhet. Här böjs eller förvrids materialet eller får märken som är bucklor på ytan eftersom det tar längre tid för de tjocka delarna att svalna och stelna än för de tunna delarna.
2. Dragningsvinklar
Utkastvinklar är små upphöjningar på sidorna av en del för att göra det enkelt att separera den från formen. Utan dragvinklar kan plastdelen fastna i formen, vilket alltid kommer att vara svårt att avlägsna utan att äventyra detaljens strukturella integritet och formens material. Det är vanligt att ställa in dragvinkeln som ligger i intervallet 1-3 grader så att delen lätt kan matas ut utan att orsaka vissa problem.
3. Tolerans och måttnoggrannhet
Toleranser är å andra sidan de acceptabla gränserna för avvikelser när det gäller dimensionerna på en detalj. Dessa toleranser måste vara exakta för att passa delen och fungera på rätt sätt. Det finns naturligtvis vissa begränsningar och krav som är förknippade med detta, bland annat att snävare toleranser, t.ex. små variationer, är möjliga. De kommer dock att bli kostsamma att uppnå eftersom formar och kvalitetskontroll har en hög tolerans. I motsats till detta är de lägre toleransnivåerna mycket lättare att upprätthålla, men samtidigt påverkar de förmodligen detaljens prestanda eller störningar.
4. Ribbor och bossor
I. Revben
Ribbor är extra förstärkningselement som är inbyggda i insidan av en detalj för att öka dess styrka och styvhet, men som samtidigt bidrar med en liten extra massa till detaljen. De används på detta sätt för att undvika att detaljen vrider sig genom att ge extra stöd till den aktuella delen. Sänkmärken (detta är bucklor där ribborna möter huvudväggen) bör förhindras genom att ribborna är hälften så tjocka som de omgivande väggarna. Denna tjockleksbalans hjälper till att kyla och minskar också spänningen, Ribborna är tillverkade av SS 304-material för att minimera sagan och korrigera spänningen.
II. Chefer
Bossor är karakteristiska upphöjda utskjutande delar som huvudsakligen fungerar som förankringspunkter för att säkra andra delar. Den måste styvas upp, oftast med ribbor, för att klara mekanisk belastning utan att spricka eller ändra form. Bossor bör också dras till tillräcklig tjocklek så att de kan vara tillräckligt starka för att klara tidens tand.
5. Portar och sprutor
I. Grindar
De är de punkter där den smälta plasten får flöda eller komma in i formen. Grindplacering och design är en annan viktig fråga som måste beaktas ordentligt för att säkerställa att formen fylls, och mer så, för att minska defekterna. Typiskt använda portar är kantportar, som är placerade på kanterna av detaljen, stiftportar, som är små portar placerade på en specifik plats och ubåtsportar som är placerade inuti detaljen. En lämplig utformning av grinden garanterar att materialet fylls på enhetligt, vilket förhindrar slöseri och uppkomst av defekter.
II. Granar
Granen är ett löparsystem genom vilket smält plast leds in i formhålan Granen är vanligtvis tjockare än andra löparsystem och den gjuts ofta separat så att den lätt kan brytas isär från resten av formen när formen monteras. Genom att utforma ett enkelt och effektivt granmönster kan man minska mängden spillmaterial som används, förutom att det är lätt att ta ut ur formen. Granen bör vara väl utformad på ett sådant sätt att den gynnar plastflödet och även minimerar mängden plast som måste skäras av efter gjutning.
6. Utskjutningssystem
Funktion: När detaljen stelnar efter kylningen används utmatningsstiften för att kasta ut detaljen från formen. Vid utformningen av utmatningsstiftet är det viktigt att det ligger runt detaljen på ett sådant sätt att det inte skadar detaljen eller till och med ger den ett dåligt utseende. Bra positionering av ejektorstiften spelar en viktig roll för enkel och korrekt utkastning av delarna från formen.
| Hänsyn till design | Riktlinjer/viktiga värden | Förklaring |
| Komplexitet | Enklare geometrier föredras | Komplexa konstruktioner ökar kostnaderna och svårighetsgraden för gjutning. |
| Enhetlig väggtjocklek | 1,5 mm - 4 mm | Enhetlig tjocklek förhindrar skevhet och sjunkmärken. |
| Dragvinkel | 1° - 3° | Möjliggör enkel utstötning från formen. |
| Dimensionell noggrannhet | ±0,1 mm - ±0,5 mm | Matchas med processkapaciteten för kostnadseffektiv gjutning. |
| Ribbtjocklek | 50% av väggtjocklek | Det hjälper till att förhindra sjunkmärken och förbättrar den strukturella styrkan. |
| Bossens tjocklek | 60% - 80% med nominell väggtjocklek | Säkerställer mekanisk styrka och spänningshantering. |
| Plats för grind | Nära tjocka sektioner, borta från visuella ytor | Säkerställer korrekt fyllning och minskar antalet defekter. |
| Granatdiameter | 1,5 mm - 6 mm | Säkerställer ett jämnt flöde av smält plast. |
| Utskjutarstiftets placering | Bort från kosmetiska ytor | Säkerställer en jämn utmatning av detaljen utan ytskador. |
7. Störningsanpassningar
Interferenspassningar används där hål och axlar måste anslutas på ett sådant sätt att de kan överföra vridmoment och andra typer av krafter på ett effektivt sätt. Vid interferenspassningar bör toleranser och driftstemperatur beaktas noga för att möjliggöra tillförlitlig anslutning utan mycket ansträngning vid montering.
Interferensnivån kan bestämmas med hjälp av exakta matematiska ekvationer som tar hänsyn till konstruktionsspänning, Poisson-tal, elasticitetsmodul och geometriska koefficienter. Den monteringskraft som krävs för interferenspassningarna uppskattas också med hjälp av dessa beräkningar.
8. Filéer och rundade hörn vid konstruktion av plastdetaljer
Detta leder till spänningskoncentration och defekter på plastkomponenterna om skarpa hörn används. Större värden på filéstorleken, vilket innebär rundade hörn, sänker spänningskoncentrationsnivån och möjliggör samtidigt ett fritt och lättare flöde av plastmaterialet under gjutningsprocessen. Det är viktigt att skapa designprinciper för hörnradien för att undvika problemen med enhetlig väggtjocklek samt krympning.
9. Hål
I. Genomgående hål
Hål som går rakt igenom detaljens tjocklek används mer och är lättare att skapa än andra typer av hål. Ur strukturell synvinkel är de lättast att kontrollera under formkonstruktionen. De kan produceras genom att använda fasta kärnor i både den glidande och den stationära delen av formen eller genom att bara ha en kärna i den glidande såväl som i den stationära delen av formen. Den förstnämnda formen bildar två utkragande balkar med korta armar under påverkan av den smälta plasten, men genomgår en försumbar förändring.
Den senare bildar en enkelt upplagd balk med försumbar deformation. För att undvika detta bör den ena kärnans diameter vara något större och den andra något mindre än den andra, så att alla anliggningsytor blir så släta som möjligt.
II. Blindhål
Blindhål, det vill säga hål som inte borras genom detaljen, är svårare att gjuta. De byggs i allmänhet med hjälp av en kärna med utskjutande balk och kärnan tenderar att böjas av den smälta plastens inverkan, vilket ger hål med ojämn form. Blindhål är hål som slutar abrupt och i allmänhet bör djupet på blindhålet inte vara mer än två gånger hålets diameter.
För blindhål med en diameter lika med 1. bör dess tjocklek vara 5 mm eller mindre medan djupet inte bör överstiga dess diameter. Tjockleken på blindhålets bottenvägg bör vara minst en sjättedel av hålets diameter för att förhindra krympning.
III. Hål på sidan
Sidohålen görs genom sidokärnor och det leder till formkostnader och underhåll av formen eftersom längden på sidokärnorna kan vara ett problem eftersom de kan dela sig. För att hantera sådana utmaningar kan konstruktionen göras effektiv som ett sätt att korrigera de nuvarande ineffektiviteterna, och därmed kostnaderna.
10. Snap-fit-anslutningar i plastdetaljer
Snäppfästen är skonsamma mot plånboken och miljön eftersom inga andra fästelement behövs. De innebär att en utskjutande del hakar i en utskjutande del på en annan del, varvid elastisk deformation av delarna gör det möjligt att bilda en låsningsnyckel. Det finns huvudsakligen tre typer av snäppförband, nämligen utkragande, ringformade och kulformade.
Två kritiska vinklar är inblandade i snap-fit-designen; tillbakadragningssidan och ingångssidan. Retraktionssidan bör normalt vara längre än packningssidan för att uppnå en bättre låsning. Den tillåtna nedböjningen av konstruktionen kan bestämmas med hjälp av specifika ekvationer för en viss snäppkoppling med hjälp av materialkonstanter och geometriska koefficienter.
11. Ytfinish och texturer
Följande metoder kan hjälpa oss att uppnå en effektiv ytfinish och textur för slutprodukten;
- Uppnå önskad estetik: Ytfinishen på en detalj avgör inte bara detaljens utseende utan också hur den känns vid beröring. Konstruktören väljer textur eller finish beroende på estetiska behov, t.ex. matt eller blank.
- Texturens inverkan på formsläpp: Man kan se att ytstrukturen spelar en viktig roll för hur lätt det är att lossa detaljen från formen. Komplexa former kan medföra vissa extra utmaningar som inte bör ingå i konstruktionen för att underlätta lätt formlossning.
- Tekniker för ytbehandling: Ytterligare bearbetning, t.ex. polering, slipning eller applicering av ett slutskikt, kan användas för att få en optimal finish.
12. Toleranser och dimensionsstabilitet
Därför kommer följande överväganden också att bidra till att öka effektiviteten i konstruktionen av plastdetaljer.
- Utformning för snäva toleranser: Komponenter med strängare toleransnivåer ger en utmanande miljö för formkonstruktion med ökade kontrollfrågor för själva gjutprocessen. Några viktiga punkter bör beaktas för att ta hänsyn till skillnaderna i materialflöde och kylning.
- Redovisning av materialkrympning: För att kontrollera materialkrympning måste konstruktörerna ställa in storleken på formkaviteten något mindre. Att använda detta format hjälper till att säkerställa att den slutliga delen uppfyller de nödvändiga dimensioner som krävs.
- Överväganden om verktyg: Verktyget bör därför vara exakt i dimensionerna och väl underhållet för att förbättra dimensionsstabiliteten hos de gjutna delarna.
13. Val av material
Användarna uppmanas därför att se till att de väljer ett lämpligt material som gör det möjligt för dem att uppnå önskad prestanda hos de gjutna delarna. Alla termoplaster, inklusive den amorfa och den halvkristallina varianten, har sina egna egenskaper. Faktorer som ingår är den mekaniska hållfastheten hos de material som ska införlivas och deras kristallisering samt deras hygroskopicitet.
14. Analys av formflöde
Designdelen innefattar också analys av formflödet. Så vi kan optimera det med hjälp av följande process;
- Vikten av att simulera materialflödet: Analysen av formflödet syftar till att fastställa hur den smälta plasten förväntas flöda i formen. På så sätt kan den hjälpa till att identifiera områden med luftlås, svetslinjer och ojämnt flöde.
- Identifiering av potentiella problem: Det kan bevisas att simulering kan identifiera vissa problem före tillverkningen, som konstruktörerna kan korrigera för den del av formkonstruktionen.
- Optimera detaljdesignen för formflöde: Ändringar som kan göras baserat på formflödet bidrar till att förbättra detaljkvaliteten och minimera antalet defekter.
15. Prototypframtagning och testning
Så här är några prototyp- och testtekniker som vi kan använda för att effektivisera designdelen.
- Använda tekniker för snabb prototypframställning: Tekniker som snabb prototypframtagning hjälper konstruktörerna att bygga prototyper av reservdelen och testa och bedöma den fysiska delen innan den tas i bruk för tillverkning.
- Genomföra fysisk testning: Prototyper som utsätts för provning och som innehåller denna del gör det möjligt att utvärdera delen med avseende på prestanda, hållbarhet och förmåga att uppfylla avsedd funktion. Den ger ett mervärde eftersom den ger en uppfattning om vilka förbättringar som kan göras i dess konstruktion.
- Iteration av konstruktioner före slutlig produktion: Baserat på testresultaten kan det vara möjligt att justera detaljdesignen och arbeta med dess problem samt förbättra dess prestanda.
Vanliga designmisstag och hur man undviker dem under designprocessen
Här är några viktiga misstag som vi bör undvika när vi konstruerar plastdelar.
- Dåligt materialval: Om du väljer ett felaktigt material försämras detaljens prestanda och möjligheten att tillverka den. Det finns ett behov av att välja rätt material som ska uppfylla detaljens behov.
- Ignorera dragvinklar: Om du till exempel har små utdragsvinklar kan det leda till problem med utmatning av detaljer och slitage på formen. Se till att dragvinklarna finns med i layouten.
- Överkomplicerad delgeometri: Sådana former komplicerar formen och dess tillverkning och höjer kostnaden för formen. Minska konstruktionernas komplexitet så mycket som möjligt för att öka deras tillverkningsbarhet.
- Otillräcklig väggtjocklek: Porositet, ojämn tjocklek eller variationer i väggtjockleken påverkar produkten negativt med problem som skevhet och sinkmärken. Det är viktigt att hålla detaljens väggtjocklek konstant för att undvika variationer i väggarnas tjocklek.
Slutsats
Sammanfattningsvis bör man ta hänsyn till flera faktorer när man konstruerar en plastdetalj för formsprutning, t.ex. håltyper, bossor, snäpp- eller interferenspassningar och många andra faktorer som toleranser, materialkrav och hörnradier. Med hjälp av dessa principer kan konstruktörerna utveckla formsprutade detaljer som är av god kvalitet, har lång livslängd och är billiga att tillverka. Att utforma konstruktioner efter projektets egenskaper och miljöförhållanden garanterar bästa resultat och stabilitet.
Vanliga frågor och svar
Q1. Varför är det viktigt med detaljutformning vid formsprutning?
Det kommer att hjälpa oss att uppnå procedur- och driftseffektivitet. Eftersom tillverkningsdesignen innehåller strategier som effektivt kan producera delen med hög noggrannhet, färre defekter och minskad materialanvändning.
Q2. Vad är genomgående hål?
Genomgående hål är de hål som går genom en hel detalj, de är relativt enklare att forma och kontrollera.
Q3. Vad är blinda hål?
Blindhål sträcker sig inte genom en detalj och kan därför vara svårare att gjuta eftersom hålet kan böjas och deformeras.
Q4. Vad avses med sidohål i formsprutning?
Sidohål görs med sidokärnor som kan öka komplexiteten i gjutformen och därmed öka kostnad för formsprutningsverktyg.
Q5. Hur bör chefer utformas?
Det ska också finnas filéer vid anslutningarna och korrekt väggtjocklek vid formsprutning. Så de kan hjälpa till att motstå påfrestningarna i delen. Dessutom måste bossar också ingå i delens struktur.
Q6. Vad menas med en snap-fit-anslutning?
I en snäppförbindelse böjs en del elastiskt för att passa in i en annan så att inga direkta mekaniska fästelement används.
Q7. Hur beräknar vi den interferens som bör göras?
Interferens erhålls genom konstruktionsspänning, Poisson-tal och geometriska koefficienter.
Q8. Vad är toleransnivåer vid formsprutning av plast?
Toleransgränserna omfattar toleranser för allmänt bruk, medelnoggrannhet och hög noggrannhet, som avgör kvaliteten och priserna på formsprutning produkter.