Руководство по проектированию для литья под давлением: Полное руководство

Литье под давлением - один из самых универсальных и экономически эффективных производственных процессов для масштабного производства пластиковых деталей. От лего до чехлов для iPhone - бесчисленные изделия, которыми мы пользуемся каждый день, начинали с расплавленного пластика, впрыснутого в точно обработанные стальные формы.

Однако литье под давлением раскрывает свой потенциал только в том случае, если вы разрабатываете детали специально для этого процесса. В отличие от 3D-печати или Обработка на станках с ЧПУК компонентам, изготовленным методом литья под давлением, предъявляются очень строгие требования к конструкции: они должны правильно заполнять формы, не допускать дефектов и чисто извлекаться из оснастки после охлаждения.

Игнорирование принципов проектирования литья под давлением может привести к большим задержкам и ненужным расходам практически на всех этапах - от создания прототипа до производства. А поскольку этот процесс предполагает использование дорогостоящей стальной оснастки, внесение изменений в конструкцию после изготовления пресс-формы может занять очень много времени и средств.

На протяжении всего этого исчерпывающего руководства вы, как профессионал производитель литья под давлениемЯ поделюсь своими лучшими советами и стратегиями проектирования пластмассовых деталей для успешного литья под давлением. Вы узнаете о таких важных аспектах проектирования, как равномерная толщина стенок, углы вытяжки, конструкция ребер и бобышек, усадка материала, обработка поверхности и многое другое.

Начнем с основ самого процесса литья под давлением. Понимание того, как именно расплавленный пластик поступает в полости, поможет понять смысл многих рекомендаций по проектированию.

Что такое литье под давлением и как оно работает?

Машины для литья под давлением нагревают гранулы пластиковой смолы, чтобы расплавить их в жидкость, которая под сильным гидравлическим давлением подается в стальные формы. После того как пластик остывает и затвердевает, форма открывается и роботизированным способом извлекает готовые детали.

Формы содержат два основных стальных компонента:

• Полость: Передняя половина оснастки создает внешние визуальные характеристики деталей. Обычно ее называют "стороной А" инструмента.
• Ядро: Задняя половина оснастки формирует внутреннюю и в значительной степени скрытую геометрию, такую как ребра, бобышки, вставки и другие функциональные элементы. Инжекционные формовщики часто называют это "стороной В".

В месте соединения двух половинок формы образуется линия раздела, которая представляет собой небольшую линию, видимую на компонентах после изготовления.

Понимание основ работы машин для литья под давлением и оснастки имеет решающее значение для успешного проектирования деталей с использованием этого процесса. Давайте рассмотрим основные аспекты проектирования, о которых должен помнить каждый инженер.

Основные принципы проектирования для литья под давлением

Хотя опытные литейщики могут производить невероятно точные и сложные пластиковые детали, контроль над процессом в значительной степени сводится к совершенствованию таких параметров, как температура, давление, усилие смыкания и время цикла.

Как конструктор компонентов, вы должны разработать изделия, подходящие для реалий перетекания расплавленного пластика в стальную оснастку стоимостью до $100 000.

Вот мои лучшие советы по получению максимальной отдачи от процесса литья под давлением:

Толщина стенок

Единственным наиболее важным правилом проектирования литья под давлением является поддержание равномерной толщины стенок деталей. Когда пластик охлаждается, он сжимается. Неоднородные детали вызывают неравномерное охлаждение, что приводит к деформации или трещинам.

Вот важные правила при выборе толщины стенок для вашей программы:

• Для большинства применений целевая толщина составляет 2-4 мм. Возможно изготовление ультратонкостенных деталей толщиной менее 1 мм, но для этого требуется чрезвычайно высокая точность.
• Во избежание неравномерного охлаждения никогда не изменяйте толщину стенок одной детали более чем на 15%.
• Если необходимо перейти от более толстой к более тонкой стенке, используйте плавные фаски или галтели для плавного перехода.

Кроме того, толстые стенки не только дают большую усадку, но и удерживают тепло. Более тонкие и равномерные стенки дают меньше брака из-за проблем с охлаждением. Более быстрые циклы также снижают производственные затраты.

Углы наклона

Усадочная пластмасса, прилипающая к стальным стенкам пресс-формы, останавливает производственные линии, повреждает оснастку и увеличивает количество брака. Текстурированные поверхности помогают деталям выходить из оснастки, а углы вытяжки обеспечивают легкое роботизированное выталкивание деталей.

Черновой вариант предполагает небольшое сужение вертикальных стенок - обычно в пределах 1-5 градусов - для предотвращения прилипания формованных деталей. В качестве рекомендаций:

• Добавьте минимум 2 градуса тяги на всех вертикальных стенах.
• Увеличьте углы вытяжки на высоких элементах сердцевины/полости или на поверхностях с глубокой текстурой.

Ожидайте, что стальные пресс-формы потребуют обслуживания и периодической замены в ходе серийного производства. Однако эффективные углы вытяжки продлевают общий срок службы инструмента.

Дизайн ребер и боссов

Ребра и бобышки усиливают тонкостенные секции, склонные к изгибу или деформации под нагрузкой. Правильное использование этих элементов позволяет снизить расход материала и затраты, а также предотвратить поломки.

Следуйте этим правилам оформления ребер:

• Добавьте филе у основания всех ребер для прочности.
• Установите толщину ребер в пределах 50-60% от номинальной толщины стенки для предотвращения раковины.
• Для деталей внешнего вида высота ребер не должна превышать 2,5X толщины, чтобы исключить видимую усадку.

Руководство по боссу включает в себя:

• Размер наружного диаметра бобышки 2,5X диаметр фурнитуры (винты и т.д.).
• Ограничьте толщину босса до <60% стен, чтобы избежать следов раковины на видимых внешних поверхностях.
• Для придания жесткости добавьте прокладки от бобышек к смежным стенам.

Хорошо продуманные ребра жесткости и бобышки для фурнитуры - отличительные черты функциональных и долговечных компонентов, изготовленных методом литья под давлением.

Показатели усадки материала

Каждый пластиковый материал сжимается по-своему при охлаждении в литьевых формах. Однако большинство из них усаживается в пределах 2-4%, что необходимо учитывать при проектировании.

Пренебрежение усадкой приводит к тому, что детали заниженного размера не могут быть правильно собраны с сопрягаемыми компонентами в готовом изделии. Хитрость заключается в том, чтобы компенсировать это за счет намеренного проектирования деталей немного большего размера.

Опытные формовщики обычно используют следующие техники:

• Увеличение общей толщины стенок.
• Добавление интерференционных приспособлений, например, ребер жесткости на вставки.
• Проектирование больших вдавливаемых стоек вместо отверстий.

Изучите данные производителя по усадке пресс-форм при выборе материала. Кроме того, создайте прототип новой оснастки, чтобы подтвердить правильность стратегии компенсации усадки.

Правильное определение усадки на этапе проектирования позволяет избежать проблем с вторичными операциями после формования.

Линии расставания

Ранее мы рассмотрели основы многокомпонентных литьевых форм и то, как они формируют компоненты в местах соединения половинок по линии раздела.

В качестве руководства по проектированию расположение линий раздела требует соблюдения баланса между эстетикой и функциональностью и признания их влияния на технологичность.

Для улучшения внешнего вида мы часто прячем линии разделения вдоль острых не эстетичных кромок или размещаем их на задней части компонентов. Боковые действия и другие сложные механизмы приводят к удорожанию оснастки при герметизации криволинейных поверхностей.

Отличное расположение линии раздела также повышает прочность и срок службы пресс-формы. Только будьте внимательны к точкам заполнения, подрезам и выталкиванию, чтобы предотвратить工 разбрызгивание.

Расположение/тип ворот

Конструкция затворов напрямую зависит от успеха литья, поскольку они вводят расплавленный пластик в полости. Расположение затворов значительно влияет на время цикла, требуемое давление впрыска и косметику деталей.

К распространенным типам ворот относятся:

• Краевые ворота: Самый популярный подход с прямоугольным профилем вдоль линии пробора.
• Ворота с горячим наконечником: Круглые ворота, вводимые через полость крыши, лучше всего подходят для обеспечения концентричности.
• Прямые ворота: Большие затворы обеспечивают быстрое заполнение формы, но требуют вторичного снятия затвора.

Помимо типа, придерживайтесь следующих основных принципов расположения ворот:

• Расположите литники так, чтобы сначала заполнить самые глубокие секции формы.
• Храните вдали от косметических поверхностей и мест с высокой нагрузкой.
• Используйте несколько ворот для облегчения заполнения сложных геометрических форм.

Затворы, по сути, выполняют роль "штоков", направляющих поток пластика в полости пресс-формы, как при литье. Для бездефектного и высокопроизводительного литья под давлением очень важно тщательно продумать количество, форму, расположение и размер литников.

Итоги

Надеемся, что в этом руководстве вы найдете несколько полезных рекомендаций по проектированию литья под давлением. Теперь, когда вы поняли основные принципы и получили доступ к дополнительным ресурсам, вы готовы проектировать невероятные пластиковые детали, оптимизированные для точного литья под давлением.

Применение этих концепций позволит оптимизировать предварительное производство, предотвратить появление дефектов и создать надежные производственные линии, выпускающие безупречную продукцию.

Какие вопросы возникают у вас при разработке следующего проекта по производству компонентов для литья под давлением? Не стесняйтесь связаться со мной, если хотите обсудить это подробнее. Я всегда рад помочь коллегам укрепить технические возможности и поделиться передовым опытом.