Литье под давлением - один из самых популярных производственных процессов для массового производства пластиковых деталей. Однако одной из распространенных проблем является производство деталей, которые в итоге оказываются тяжелее, чем предполагалось, что увеличивает материальные затраты и влияет на функциональность. Как же уменьшить вес деталей при литье под давлением?
В этом исчерпывающем руководстве вы, как профессионал производитель литья пластмасс под давлениемМы разберемся в основных причинах чрезмерного веса деталей и разработаем действенные стратегии по оптимизации облегчения литья под давлением. Независимо от того, являетесь ли вы конструктором пресс-формы, инженером-технологом или работаете на производстве, вы найдете массу советов по уменьшению веса и снижению стоимости пластмассовых деталей.
Почему вес детали имеет значение при литье под давлением
Для начала давайте рассмотрим, почему вес детали так важен для компонентов литья под давлением и конечных применений:
Снижение затрат на сырье
Более тяжелые детали потребляют больше пластиковой смолы в расчете на одну деталь, что напрямую увеличивает ваши материальные затраты. Оптимизируя облегчение, вы сокращаете расход пластика, что приводит к значительной экономии средств - особенно при больших объемах производства.
Улучшенные механические характеристики
Меньшая масса обеспечивает лучшее соотношение прочности и веса, ускорение, гидродинамические свойства и меньшую инерцию в системах движения. Это приводит к улучшению характеристик конечных продуктов при использовании одной и той же пластиковой смолы.
Ускоренное время цикла
Избыток пластика увеличивает время застывания, поскольку расплавленный полимер дольше охлаждается в толстых секциях. Детали меньшей массы остывают быстрее, что позволяет сократить время цикла и повысить производительность.
Обеспечивает миниатюризацию
Снижение веса освобождает пространство в конструкции, что позволяет еще больше уплотнить и ограничить геометрию постоянно уменьшающихся электронных устройств, портативных устройств и компонентов.
Повышение устойчивости
Оптимизация веса деталей в конечном итоге приводит к значительному снижению общего потребления пластика, что позволяет улучшить показатели экологичности за счет экономии сырья.
Коренные причины тяжелых деталей при литье под давлением
Прежде чем мы перейдем к рассмотрению решений, необходимо назвать три основные причины избыточного веса компонентов, изготовленных методом литья под давлением:
1. Переупаковка
Переуплотнение происходит, когда в полость пресс-формы впрыскивается слишком много расплавленного пластика, больше, чем требуется для полного заполнения геометрии детали. Этот дополнительный полимер приводит к образованию более толстых и тяжелых деталей.
Причинами переупаковки являются чрезмерное давление впрыска, низкая скорость впрыска, низкая температура пресс-формы и недостаточная вентиляция для выхода воздуха и газов из полости.
2. Избыточная толщина стенок
Еще один очевидный источник неровных деталей - проектирование секций толще, чем требуется для достижения заданных механических характеристик. Более толстые стенки добавляют коэффициенты безопасности, чтобы учесть неизвестные особенности поведения полимера и вариативность производства.
3. Низкая эффективность охлаждения
Неэффективное охлаждение приводит к увеличению напряжений в пресс-форме, что вызывает чрезмерную усадку и коробление после литья. Чтобы компенсировать это, в пресс-формы укладывается больше материала для достижения заданных размеров, что приводит к утяжелению деталей после их остывания.
Как уменьшить вес детали при литье под давлением?
Ниже приведены 11 лучших методов, которые помогут отливать под давлением легкие детали с такими же или лучшими механическими характеристиками.
1. Настроить рампу давления впрыска
Настройте профили давления впрыска, чтобы полностью заполнить полости пресс-формы, но не переполнить их. Совместно с техническим персоналом оборудования оптимизируйте скорость впрыска и точки переключения, чтобы обеспечить точное осаждение материала.
Обязательно учитывайте изменения вязкости материала из-за красителей, наполнителей и степени измельчения, которые влияют на текучесть.
2. Увеличить скорость впрыска
Более высокая скорость впрыска обеспечивает лучшее заполнение полости, особенно для длинных и тонкостенных деталей. Поддерживайте давление в пресс-форме, чтобы обеспечить надлежащее сплавление и консолидацию без переполнения пресс-формы.
Снова проследите за влиянием фрикционного нагрева на вязкость и скорость охлаждения, поскольку более высокая скорость приведет к повышению температуры расплава.
3. Добавьте вентиляционные каналы
Правильная вентиляция позволяет уловленным газам и воздуху выходить из формы во время заполнения, предотвращая создание противодавления, которое может привести к коротким выстрелам или ожогам. Это позволяет свести к минимуму дополнительное количество подушечного материала, укладываемого для компенсации.
Вентиляционные каналы требуют большего времени цикла для получения полезного эффекта, поэтому сбалансируйте цели по пропускной способности.
4. Дизайн ребристых и гофрированных элементов
Ребра и фермы легко формовать, при этом они придают деталям жесткость при оптимальной массе по сравнению с цельными секциями. При проектировании правильных параметров ребер в диапазоне 0,5-1x толщины стенки и высоты ребер менее 3x толщины возможна значительная экономия веса.
Проанализируйте компромиссы между балансом прочности, наполнением и требованиями к выталкиванию для вашей конкретной смолы и геометрии.
5. Укажите инженерные смолы с высокой текучестью
Использование материалов с более низкой вязкостью, таких как полисульфоны (PSU), полиэфиримид (PEI) и жидкокристаллические полимеры (LCP), улучшает течение расплава для сложных тонкостенных или длинностенных конструкций. Это позволяет минимизировать требования к толщине стенок для достижения механических характеристик.
6. Оптимизация расположения системы охлаждения
Переконфигурируйте контуры охлаждения для повышения эффективности, что минимизирует напряжение в пресс-форме и усадку после формовки, которая может привести к дополнительному осаждению материала. Если скорость отвода тепла становится недостаточной, оцените смолы с более быстрым циклом.
7. Более низкие температуры расплава и формы
Снижайте температуру в бочках и пресс-формах (независимо друг от друга), чтобы управлять процессом заполнения и сократить время цикла. Слишком высокие уровни приводят к снижению вязкости расплава и неполному расплавлению, требующему дополнительного давления при упаковке.
Сбалансируйте потенциальную потерю стабильности размеров и точности репликации из-за низких температур в пресс-форме, которые могут привести к большей усадке.
8. Уменьшение толщины стенок
Подберите толщину стенок в соответствии с требованиями приложения - не слишком толстую и не слишком тонкую. Программное обеспечение для моделирования толщины может помочь быстро итерировать конфигурации для уменьшения веса и повышения функциональности.
Не забудьте согласовать качество поверхности и косметические цели на видимых участках и компенсировать более тонкие участки текстурированием.
9. Использование литья под давлением с газовым амортизатором
Впрыск азота или углекислого газа под давлением в полость пресс-формы для формирования полых каналов в деталях после первоначального нанесения материала. Полученная структура пены позволяет снизить вес за счет меньшей плотности стержней.
10. Внедрение процессов микроячеистого вспенивания
Микроячеистая технология, такая как MuCell® от Trexel, использует газ для создания крошечных пузырьков в полимере во время заполнения, что позволяет снизить плотность до 15%. Этот уникальный подход к облегчению материала не приводит к потере механических свойств.
Процесс требует модификации оснастки и машин для дозирования пенообразователя, поэтому первоначальные затраты выше.
11. Примите преобразования металла в пластик
Поскольку характеристики материала постоянно улучшаются в плане жесткости, теплостойкости и других показателей, термопласты или термореактивные композиты, изготовленные методом литья под давлением, могут заменить металлы с более высокой плотностью. Такая замена приводит к созданию более легких изделий конечного использования.
Тщательно оценивайте последствия для конструкции, оснастки и технологического процесса при попытке преобразования без ущерба для функциональности продукта. Учитывайте экономические компромиссы на протяжении всего жизненного цикла.
Вывод: Облегчение требует комплексного подхода
Как вы уже поняли, оптимизация веса деталей, изготовленных методом литья под давлением, требует тщательной оценки всей цепочки разработки и производства изделия.
Изолированная настройка отдельного рычага часто не дает результатов из-за непредвиденных изменений или влияния на другие параметры. Кроме того, облегчение веса по своей сути предполагает компромисс между производительностью, технологичностью и экономичностью.
Вместо этого необходима систематическая методология, учитывающая принципы проектирования, передовые смолы, усовершенствование процессов, инновации в оснастке и даже переход на альтернативное производство.
Производители, которые смогут гибко ориентироваться в этих вариантах, понимая требования к деталям и свою производственную экосистему, получат больше шансов реализовать потенциал легких материалов.
Поэтому начните оценивать свой собственный процесс в духе экспериментов - методично оценивая влияние отдельных переменных с помощью ДОЭ (DOE).поставленные эксперименты) и симуляторы технологических процессов. Возможности для снижения веса литьевых форм скрываются за каждым углом!
Russian 
English 
German 
Spanish 
French 
Italian 
Polish