Śledź mnie na: 
Przewodnik po formowaniu wtryskowym tworzyw sztucznych
DDPROTOTYPE jest liderem formowanie wtryskowe z tworzywa sztucznego producent w Chinach. Przeczytanie przewodnika dotyczącego formowania wtryskowego tworzyw sztucznych, opartego na 20-letnim doświadczeniu, zajmuje około 15 minut.
Część pierwsza — czym jest formowanie wtryskowe
Co to jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych? Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych to technologia produkcji masowej produkcji tych samych części z tworzyw sztucznych o wysokiej tolerancji. Podczas formowania wtryskowego tworzyw sztucznych cząsteczki polimeru są najpierw topione, a następnie wtryskiwane pod ciśnieniem do formy, w której płynne tworzywo sztuczne ochładza się i krzepnie. Materiały stosowane do formowania wtryskowego to polimery termoplastyczne, które można barwić lub wypełniać innymi dodatkami.
Prawie wszystkie plastikowe części wokół ciebie są wykonane przez formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych: od części samochodowych, przez obudowy elektroniczne, po artykuły codziennego użytku. Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych jest tak popularne, ponieważ koszt pojedynczego produktu z tworzywa sztucznego jest bardzo niski w masowej produkcji. Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych ma wysoką powtarzalność i dobrą elastyczność projektowania. Główne ograniczenia formowania wtryskowego są zwykle przypisywane czynnikom ekonomicznym, ponieważ wymagana jest wyższa inwestycja początkowa. Ponadto czas realizacji od projektu do produkcji jest bardzo długi (co najmniej 3 tygodnie).
Technologia formowania wtryskowego
Obecnie formowanie wtryskowe jest szeroko stosowane w produktach konsumenckich i zastosowaniach inżynierskich. Prawie wszystkie plastikowe przedmioty wokół ciebie są wykonane metodą formowania wtryskowego. Wynika to z faktu, że technologia umożliwia wytwarzanie tych samych części przy bardzo niskich kosztach pojedynczej części i bardzo dużej ilości (zwykle od 1000 do 100000 + sztuk).
Jednak w porównaniu z innymi technologiami koszt uruchomienia formowania wtryskowego jest stosunkowo wysoki, głównie ze względu na konieczność dostosowania formy. Formy kosztują od 1000 do 200000 XNUMX USD, w zależności od ich złożoności, materiałów (formy aluminiowe lub formy stalowe) i dokładności (prototypy, formy do produkcji średniej lub masowej).
Tworzywo sztuczne do formowania wtryskowego
Wszystkie materiały termoplastyczne mogą być formowane wtryskowo. Niektóre rodzaje silikonów i innych żywic termoutwardzalnych są również kompatybilne z procesem formowania wtryskowego. Najczęściej stosowane materiały do formowania wtryskowego:
Polipropylen (PP): około 38% światowej produkcji
Brzuch: około 27% światowej produkcji
PE: około 15% światowej produkcji
Polistyren (PS): około 8% światowej produkcji
Nawet jeśli weźmiemy pod uwagę wszystkie inne możliwe technologie produkcji, samo formowanie wtryskowe tych czterech materiałów stanowi ponad 40% wszystkich części z tworzyw sztucznych produkowanych na świecie każdego roku!
Wtryskarki: jak działają?
Wtryskarka składa się z trzech głównych części: jednostki wtryskowej, formy (rdzeń całego procesu) oraz jednostki zamykającej/wypychającej. W tej części przyjrzymy się przeznaczeniu każdego z systemów oraz temu, jak ich podstawowe mechanizmy działania wpływają na końcowe wyniki procesu wtrysku. Na poniższym filmie duża wtryskarka może wyprodukować około 30 plastikowych części co 3 sekundy.
Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych Wideo | PROTOTYP DD
Proces formowania wtryskowego tworzyw sztucznych
Celem jednostki wtryskowej jest stopienie surowego tworzywa sztucznego i wprowadzenie go do formy. Składa się z leja zasypowego, cylindra i ślimaka tłokowego. Proces wtrysku przebiega tak:
1. Najpierw wysusz cząsteczki polimeru i umieść je w zbiorniku, gdzie zostaną zmieszane z pigmentami barwiącymi lub innymi dodatkami wzmacniającymi.
2. Wprowadź cząstki do cylindra, podgrzej je w tym samym czasie, wymieszaj i przenieś do formy za pomocą śruby o zmiennym skoku. Geometria ślimaka i lufy jest zoptymalizowana, aby pomóc wytworzyć ciśnienie na odpowiednim poziomie i stopić materiał.
3. Następnie tłok przesuwa się do przodu, a stopione tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do formy przez system wlewów, który wypełnia całe wgłębienie. Gdy materiał ochładza się, ponownie krzepnie i tworzy kształt formy.
4. Na koniec forma otwiera się, a części stałe są teraz wypychane przez gilzę. Następnie zamknij formę i powtórz proces.
Cały proces można powtórzyć bardzo szybko: zajmuje to od 10 do 180 sekund, w zależności od wielkości części. Wyrzucona część jest przypisywana do przenośnika lub pojemnika przetrzymującego. Ogólnie rzecz biorąc, części formowane wtryskowo mogą być używane natychmiast, z niewielką lub żadną obróbką końcową.
Produkcja form
Forma jest jak negatyw fotograficzny: jej geometria i faktura powierzchni są przenoszone bezpośrednio na wypraskę. Formy zwykle stanowią największą część początkowych kosztów formowania wtryskowego: w przypadku prostej geometrii i stosunkowo niewielkiej produkcji (1000 do 10000 sztuk) koszt typowej formy wynosi około 2000-5000 USD, do 100000 USD. Nadaje się do matrycy zoptymalizowanej do pełnej produkcji (100000 XNUMX lub więcej). Wynika to z wysokiego poziomu wiedzy specjalistycznej wymaganej do projektowania i produkcji wysokiej jakości form, które dokładnie wytwarzają tysiące (lub setki tysięcy) części.
Forma jest zwykle wykonana z aluminium lub stali wg Obróbka CNC a następnie wykończone do wymaganego standardu. Oprócz negatywów części, mają one również inne funkcje, takie jak system kanałów, który umożliwia przepływ materiałów do formy, oraz wewnętrzny kanał chłodzący wodą, który pomaga i przyspiesza chłodzenie części.
Typowy przypadek — klocki Lego
Klocki Lego są jednym z najbardziej znanych przykładów części formowanych wtryskowo. Zostały wykonane przy użyciu form, takich jak te na zdjęciu, które wyprodukowały 120 milionów klocków Lego (15 milionów cykli), zanim zostały wycofane. Klocki Lego są wykonane z ABS ze względu na wysoką odporność na uderzenia i doskonałą plastyczność. Każda cegła jest doskonale zaprojektowana z tolerancją tak niską jak 10 mikronów (lub jedna dziesiąta włosa). Osiąga się to dzięki zastosowaniu najlepszych praktyk projektowych, które omówimy w następnej sekcji (jednolita grubość ścian, kąt pochylenia, żebra, wytłoczony tekst itp.).
Druga część – projekt formowania wtryskowego
Istnieje kilka czynników, które mogą wpływać na jakość produktu końcowego i powtarzalność procesu. Aby w pełni wykorzystać ten proces, projektanci muszą przestrzegać pewnych wytycznych projektowych. W tej sekcji przedstawiamy typowe wady formowania wtryskowego oraz podstawowe i zaawansowane wytyczne, których należy przestrzegać podczas projektowania części, w tym zalecenia dotyczące minimalizacji kosztów.
Typowe wady formowania wtryskowego
Większość wad formowania wtryskowego jest związana z nierównomiernym przepływem lub szybkością chłodzenia stopionego materiału podczas procesu topienia.
Tutaj wymieniamy najczęstsze wady w projektowaniu części do formowania wtryskowego. W następnej sekcji pokażemy, jak uniknąć tych wad, przestrzegając dobrych praktyk projektowych.
wypaczenie
Kiedy niektóre części ochładzają się (a zatem kurczą) szybciej niż inne, mogą się trwale wyginać z powodu naprężeń wewnętrznych. Plastikowe części o nierównej grubości ścianek są najbardziej podatne na odkształcenia.
Znak skurczu
Kiedy wnętrze części stwardnieje przed jej powierzchnią, na pierwotnie płaskiej powierzchni może pojawić się małe wgniecenie, które nazywa się wgnieceniem. Części o słabej grubości ścianek lub konstrukcji żeber są najbardziej podatne na kurczenie się.
Znaki przeciągania
Gdy tworzywo sztuczne kurczy się, wywiera nacisk na formę. Podczas wyrzucania ściana części ślizga się i ociera o formę, co może powodować zarysowania. Części z pionowymi ścianami (i bez kąta pochylenia) są najbardziej podatne na ślady przeciągania.
Linia pleciona
Kiedy spotykają się dwa strumienie wody, mogą pojawić się małe włosy, takie jak przebarwienia. Te sploty wpływają na estetykę części, ale również zmniejszają wytrzymałość części. Części z nagłymi zmianami geometrii lub otworami są bardziej podatne na powstawanie warkoczy.
Niedobór
Resztki powietrza w formie mogą uniemożliwić przepływ materiału podczas wtrysku, powodując powstanie części niekompletnych. Dobry projekt może poprawić płynność stopionego tworzywa sztucznego. Części z cienkimi ścianami lub źle zaprojektowanymi żebrami są bardziej narażone na niedobór.
Zasady projektowania form wtryskowych
Jedną z największych zalet formowania wtryskowego jest to, że można z łatwością tworzyć złożoną geometrię, dzięki czemu pojedyncza część może pełnić różne funkcje. Po zakończeniu produkcji formy te złożone części można skopiować przy bardzo niskich kosztach. Jednak zmiana projektu formy na późniejszym etapie rozwoju może być bardzo kosztowna, więc przede wszystkim trzeba uzyskać najlepsze wyniki. Postępuj zgodnie z poniższymi wskazówkami, aby uniknąć najczęstszych wad formowania wtryskowego.
Użyj równej grubości ścianki
Jeśli to możliwe, użyj jednolitej grubości ścianki na całej części i unikaj grubych odcinków ścian. Jest to konieczne, ponieważ nierówne ściany mogą powodować wypaczenie lub deformację części podczas stygnięcia stopionego materiału. Jeśli potrzebujesz przekrojów o różnej grubości, użyj faz lub zaokrągleń, aby przejście było jak najbardziej płynne. W ten sposób materiał będzie przepływał bardziej równomiernie we wnęce, zapewniając w ten sposób całkowite wypełnienie formy.
W przypadku większości materiałów grubość ścianki między 1.2 a 3 mm jest bezpieczną wartością. Poniższa tabela zawiera zestawienie zalecanych grubości ścianek niektórych z najpopularniejszych materiałów iniekcyjnych:
Materiał | Zalecana grubość ścianki [mm] | Zalecana grubość ścianki [cale] |
Polipropylen (PP) | 0.8 - 3.8 mm | 0.03 ”- 0.15” |
ABS | 1.2 - 3.5 mm | 0.045 ”- 0.14” |
Polietylen (PE) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03 ”- 0.12” |
Polistyren (PS) | 1.0 - 4.0 mm | 0.04 ”- 0.155” |
Poliuretany (PUR) | 2.0 - 20.0 mm | 0.08 ”- 0.785” |
Nylon (PA6) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03 ”- 0.12” |
Poliwęglan (PC) | 1.0 - 4.0 mm | 0.04 ”- 0.16” |
PC / ABS | 1.2 - 3.5 mm | 0.045 ”- 0.14” |
POM (Delrin) | 0.8 - 3.0 mm | 0.03 ”- 0.12” |
PEEK | 1.0 - 3.0 mm | 0.04 ”- 0.12” |
silikon | 1.0 - 10.0 mm | 0.04 ”- 0.40” |
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Użyj jednolitej grubości ścianki w ramach zalecanych wartości. Jeśli potrzebujesz innej grubości, użyj fazy lub zaokrąglenia 3 razy większej niż różnica grubości, aby wygładzić przejście
Grubsza część
Grubsze sekcje mogą powodować różne wady, w tym wypaczanie i zapadanie się. Musisz ograniczyć maksymalną grubość dowolnej części projektu do zalecanej wartości, czyniąc je pustymi. Aby poprawić wytrzymałość pustej części, należy użyć konstrukcji o tej samej wytrzymałości i sztywności, ale o zmniejszonej grubości ścianek. Starannie zaprojektowane części z pustymi przekrojami to:
Żebra mogą być również stosowane do zwiększania sztywności przekrojów poziomych bez zwiększania ich grubości. Należy pamiętać, że nadal obowiązują ograniczenia dotyczące grubości ścian. Przekroczenie zalecanej grubości żebra może powodować powstawanie śladów skurczu.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Wydrąż grubszą część i użyj żeber, aby poprawić wytrzymałość i sztywność części
Maksymalna grubość żebra projektowego jest równa 0.5 grubości ścianki
Maksymalna wysokość żebra projektowego jest równa 3-krotności grubości ściany
Dodaj płynne przejście
Zalecane: 3 × różnica grubości ścianek
Czasami nie da się uniknąć części o różnej grubości ścianek. W takich przypadkach użyj sfazowań lub zaokrągleń, aby przejście było jak najbardziej płynne. Podobnie spód elementów pionowych (takich jak żebra, dodania, zatrzaski) musi zawsze być okrągły.
Zaokrąglij wszystkie krawędzie
Jednolite ograniczenia grubości ścian dotyczą również krawędzi: przejścia muszą być możliwie gładkie, aby zapewnić dobry przepływ materiału.
W przypadku krawędzi wewnętrznych promień powinien wynosić co najmniej 0.5 razy grubość ściany. W przypadku krawędzi zewnętrznej dodaj promień równy promieniowi wewnętrznemu plus grubość ściany. W ten sposób możesz mieć pewność, że grubość ściany jest wszędzie jednolita, nawet w rogach. Ponadto ostre rogi mogą prowadzić do koncentracji naprężeń, co powoduje pocienienie części.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Dodaj zaokrąglenie równe 0.5 czasy grubość ściany do wewnętrznego narożnika
Dodaj zaokrąglenie równe 1.5 czasy grubość ściany do zewnętrznego narożnika
Dodaj kąt pochylenia
Aby ułatwić wyjmowanie części z formy, na wszystkich pionowych ściankach należy dodać kąty pochylenia. Ze względu na duże tarcie z formą podczas procesu wyjmowania z formy, ściana bez kąta pochylenia będzie miała ślady na powierzchni. Zalecany jest minimalny kąt pochylenia 2°. Wyższe funkcje powinny wymagać większego kąta pochylenia (do 50°).
Dobrą zasadą jest zwiększanie kąta pochylenia o 1 stopień co 25 mm. Na przykład dodaj kąt pochylenia 30 stopni do elementu o wysokości 75 mm. Jeśli część ma chropowate wykończenie powierzchni, należy zastosować duży kąt pochylenia. Z doświadczenia wynika, że powyższe wyniki obliczeń należy zwiększyć o 10 do 20 stopni. Pamiętaj, żebra również potrzebują kątów pochylenia. Pamiętaj, że zwiększenie kąta zmniejsza grubość górnej części żeber, ale upewnij się, że Twój projekt spełnia zalecaną minimalną grubość ścianki.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Dodaj kąt pochylenia co najmniej 20 stopni do wszystkich ścian pionowych
W przypadku elementów powyżej 50 mm należy zwiększyć kąt pochylenia o 1 stopień co 25 mm
W przypadku części z teksturowanym wykończeniem powierzchni zwiększ kąt pochylenia o 1-2o
Cięcie na dole
Najprostsza kostka (prosta kostka do rysowania) składa się z dwóch połówek. Elementy z podcięciami, takie jak zęby do gwintów lub haczyki do połączeń zatrzaskowych, nie mogą być wykonywane za pomocą wykrojnika prostego. Dzieje się tak, ponieważ matrycy nie można obrabiać CNC lub ponieważ materiał zapobiega pękaniu części. Przykładem podcięcia jest ząb gwintu lub hak połączenia zatrzaskowego.
Oto kilka pomysłów, które pomogą Ci poradzić sobie z podcięciem:
Unikaj podcinania poprzez zamykanie rzek
Całkowite uniknięcie podcięcia może być najlepszą opcją. Podcinanie zawsze zwiększa koszt, złożoność i wymagania konserwacyjne matrycy. Sprytne przeprojektowanie zazwyczaj eliminuje podcięcia. Obcinanie jest przydatną techniką do podcinania obszaru wewnętrznego (w celu dopasowania zatrzaskowego) lub boku (w przypadku otworu lub uchwytu) części.
Oto kilka przykładów, jak przeprojektować część formowaną wtryskowo, aby uniknąć podcięcia: zasadniczo materiał jest usuwany w obszarze podcięcia, co całkowicie eliminuje problem.
Przesuń linię neutralną
Najprostszym sposobem radzenia sobie z podcięciem jest przesunięcie linii podziału matrycy tak, aby się przecięła.
To rozwiązanie nadaje się do wielu projektów z podcięciami na powierzchni zewnętrznej. Nie zapomnij odpowiednio dostosować szkicu.
Użyj podcięcia zdzierającego (ścieranie)
Gdy cechy są wystarczająco elastyczne, aby odkształcić się na formie podczas wypychania, można zastosować podcięcie skórki (znane również jako wypukłość). Podcięcie zdzierające służy do wykonywania gwintów w nakrętce.
Podcięcie można zastosować tylko wtedy, gdy:
- Podcięcia do zdejmowania izolacji muszą znajdować się z dala od elementów wzmacniających, takich jak narożniki i żebra.
- Kąt natarcia podcięcia musi wynosić od 30 do 45 stopni.
- Części formowane wtryskowo muszą mieć miejsce i muszą być wystarczająco elastyczne, aby rozszerzać się i odkształcać.
Zaleca się unikanie łuszczenia podcięcia części wykonanych z FRP. Ogólnie rzecz biorąc, elastyczne tworzywa sztuczne, takie jak PP, HDPE lub nylon (PA), mogą wytrzymać podcięcie do 5% średnicy.
Para slajdów i rdzeń
Jeśli nie jest możliwe przeprojektowanie formy wtryskowej w celu uniknięcia wgłębień bocznych, należy zastosować ślizgowe efekty boczne i rdzenie.
Rdzeń boczny to wkładka, która wsuwa się, gdy forma jest zamknięta i wysuwa się przed otwarciem formy. Należy pamiętać, że te mechanizmy zwiększają koszt i złożoność formy.
Projektując akcje pomocnicze, postępuj zgodnie z poniższymi wytycznymi:
- Jądro musi mieć miejsce na wchodzenie i wychodzenie. Oznacza to, że element musi znajdować się po drugiej stronie części.
- Akcja poboczna musi poruszać się pionowo. Poruszanie się pod kątem innym niż 90° jest bardziej skomplikowane, zwiększając koszty i czas realizacji.
- Nie zapomnij zwiększyć kąta pochylenia. Pomyśl o swoim projekcie jak zwykle i rozważ ruch rdzenia akcji bocznej.
Wspólne cechy konstrukcyjne
Dzięki tym praktycznym przewodnikom dowiesz się, jak projektować najczęstsze elementy spotykane w częściach do formowania wtryskowego. Użyj ich, aby poprawić funkcjonalność projektu, przestrzegając jednocześnie podstawowych zasad projektowania.
Gwintowane elementy złączne (wypusty i wkładki)
Istnieją trzy sposoby dodawania łącznika do części formowanej wtryskowo: zaprojektowanie gwintu bezpośrednio na części, dodanie występu, który może zamocować śrubę, lub dodanie wkładki gwintowanej.
Możliwe jest modelowanie gwintu bezpośrednio na części, ale nie jest to zalecane, ponieważ zęby gwintu są z natury podcięte, co znacznie zwiększa złożoność i koszt formy (podcięcie zostanie wprowadzone w dalszej części) . Przykładem gwintowanej części formowanej wtryskowo jest nasadka. Piasty są bardzo powszechne w częściach formowanych wtryskowo i są używane jako punkty mocowania lub montażu. Składają się z cylindrycznych występów z otworami przeznaczonymi do mocowania śrub, wkładek gwintowanych lub innego rodzaju elementów mocujących i montażowych. Dobrym sposobem na wyobrażenie sobie szefa jest zakreślenie samych żeber. Piasta służy jako punkt połączenia lub mocowania (w połączeniu z blachowkrętem lub wkładką gwintowaną).
Gdy piasta jest używana jako punkt mocowania, zewnętrzna średnica piasty powinna być dwukrotnością nominalnej średnicy śruby lub wkładki, a jej średnica wewnętrzna powinna być równa średnicy rdzenia śruby. Nawet jeśli cała głębokość nie jest wymagana, otwory w piaście powinny sięgać do poziomu dolnej ściany, aby zachować jednolitą grubość ścianki w całym elemencie. Dodaj sfazowania, aby ułatwić wstawianie śrub lub wkładek.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Unikaj wtapiania się projektu w szefa głównej ściany
Użebrować lub przymocować występ do ściany głównej
W przypadku piast z ostrzami należy zastosować średnicę zewnętrzną równą dwukrotności nominalnego rozmiaru ostrza
Ilość wątków
Metalowe wkładki gwintowane można dodawać do części formowanych wtryskowo z tworzywa sztucznego, aby zapewnić trwałe gwintowane otwory na elementy złączne, takie jak śruby maszynowe. Zaletą stosowania wkładek jest to, że umożliwiają one wiele cykli montażu i demontażu. Wtyczkę montuje się w wypraski za pomocą wkładania termicznego, ultradźwiękowego lub w formę. Aby zaprojektować piastę, która utrzyma kołek gwintowany, należy zastosować podobne wytyczne jak powyżej, ze średnicą kołka jako wymiarem prowadzącym.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Unikaj dodawania nici bezpośrednio do formowanej części
Piasta projektowa, średnica zewnętrzna równa 2-krotnej średnicy nominalnej śruby lub wkładki
Dodaj zwolnienie 0.8 mm do krawędzi gwintu
Używaj gwintów o skoku większym niż 0.8 mm (32 zwoje na cal)
Użyj gwintu trapezowego lub podtrzymującego
Najlepszy sposób pracy z utworzonymi podcięciami:
Używaj gwintów o skoku większym niż 0.8 mm (32 zwoje na cal)
W przypadku gwintów zewnętrznych umieść go wzdłuż linii podziału
Żebro
Gdy maksymalna zalecana grubość ścianki nie wystarcza do spełnienia wymagań funkcjonalnych części, można zastosować usztywnienia w celu poprawy jej sztywności.
Podczas projektowania żeber:
● zastosować grubość równą 0.5 x grubość ściany głównej
● zdefiniowana wysokość mniejsza niż 3 x grubość żebra
● stosować zaokrąglenia fundamentu o promieniu większym niż 1/4 x grubość żebra
● dodać kąt pochylenia co najmniej 0.25° – 0.5°
● dodać jedną minutę. Odległość między żebrami a ścianą wynosi 4 x grubość żeber
Połączenie zatrzaskowe
Snap fit to bardzo prosty, ekonomiczny i szybki sposób łączenia dwóch części bez użycia łączników i narzędzi. Istnieje wiele możliwości projektowania połączeń zatrzaskowych. Z doświadczenia wynika, że ugięcie złącza typu klamra zależy głównie od jego długości i dopuszczalnej siły, jaką można przyłożyć na jego szerokość (ponieważ jego grubość jest w mniejszym lub większym stopniu zdeterminowana grubością ścianki elementu). Podobnie połączenie zatrzaskowe jest kolejnym przykładem podcięcia.
Pokazano najczęstszą konstrukcję złącza bagnetowego (zwanego wspornikowym złączem bagnetowym). Podobnie jak w przypadku żeber, zwiększ kąt zanurzenia na złączu zatrzaskowym i użyj grubości ścianki równej 0.5 minimalnej grubości ścianki.
Zaprojektowanie specjalnego kryterium połączenia zatrzaskowego to duży temat, który wykracza poza zakres tego artykułu.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Dodaj kąt pochylenia na pionowej ścianie połączenia zatrzaskowego
Grubość zaprojektowanego pasowania zatrzaskowego jest większa niż 0.5 grubości ścianki
Dostosuj jego szerokość i długość, aby kontrolować jego ugięcie i dopuszczalną siłę
Żywy zawias
Ruchomy zawias to arkusz z tworzywa sztucznego, który łączy dwie części części i wygina je i wygina. Zazwyczaj zawiasy te są stosowane w pojemnikach produkowanych masowo, takich jak plastikowe butelki. Dobrze zaprojektowany ruchomy zawias może wytrzymać do miliona cykli bez awarii. Materiał użyty do wykonania ruchomego zawiasu do formowania wtryskowego musi być elastyczny. Polipropylen (PP) i polietylen (PE) to idealny wybór do zastosowań konsumenckich, a nylon (PA) to idealny wybór do zastosowań inżynieryjnych.
Dobrze zaprojektowane zawiasy pokazano poniżej. Od 0.20 do 0.35 mm zalecanej minimalnej grubości zawiasu, co skutkuje większą trwałością i większą grubością. Przed masową produkcją użyj obróbki CNC lub druku 3D, aby stworzyć prototyp ruchomego zawiasu, aby określić geometrię i sztywność najbardziej odpowiednie dla twojego zastosowania. Dodaj dużą liczbę zaokrągleń i zaprojektuj występ o jednolitej grubości ścianki jako główny korpus części, aby poprawić przepływ materiału w formie i zminimalizować naprężenia. Podziel zawiasy większe niż 150 mm na dwie (lub więcej), aby wydłużyć żywotność.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Zaprojektuj grubość zawiasu od 0.20 do 0.35 mm
Wybierz elastyczny materiał (PP, PE lub PA) na części z ruchomymi zawiasami
Stosować ramię o grubości równej grubości ściany głównej
Filetujemy tak bardzo, jak to możliwe
Zmiażdżone żeberka
Zgniecenie żebra to niewielka istotna cecha, która odkształca się, gdy różne elementy są dociskane do siebie w celu wytworzenia tarcia, zapewniając jego położenie. Pręty dociskowe mogą być ekonomiczną alternatywą dla wykonywania otworów o wysokiej tolerancji dla ciasnego pasowania. Są one zwykle używane do umieszczania łożysk lub wałów oraz innych zastosowań z pasowaniem wtłaczanym.
Na poniższej ilustracji przedstawiono przykład części z wyciągniętymi żebrami. Zalecane są trzy żebra wytłaczające, aby zapewnić dobre wyrównanie. Zalecana wysokość/promień każdego żebra to 2 mm. Dodaj co najmniej 0.25 mm wcisku między żebrem wytłaczanym a instalowaną częścią. Ze względu na mały kontakt z powierzchnią matrycy można zaprojektować żebro bez żebra.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Dodaj minimalny wcisk 0.25 mm między wyciągniętym żebrem a elementem
Nie dodawaj przeciągu do pionowej ściany wytłaczanych żeber
Słowa i symbole
Tekst jest bardzo powszechną cechą, którą można wykorzystać w logo, etykietach, ostrzeżeniach, wykresach i opisach, oszczędzając w ten sposób koszty wklejania lub malowania etykiet.
Dodając tekst, wybierz tekst wypukły na tekście grawerowania, ponieważ łatwiej jest obrabiać CNC na formie, więc jest to bardziej ekonomiczne.
Ponadto podniesienie tekstu o 0.5 mm ponad powierzchnię części zapewni, że litery będą łatwe do odczytania. Zalecamy wybór pogrubionych, okrągłych czcionek o równej grubości linii i rozmiarze co najmniej 20 funtów.
Aby uzyskać najlepsze wyniki:
Użyj tekstu wytłoczonego (wysokość 0.5 mm) zamiast tekstu wygrawerowanego
Użyj czcionki o jednolitej grubości i minimalnej wielkości czcionki 20 punktów
Wyrównaj tekst prostopadle do linii neutralnej
Użyj wysokości (lub głębokości) większej niż 0.5 mm
Zakres tolerancji
Formowanie wtryskowe zwykle wytwarza części z tolerancją ± 0.500 mm (0.020 cala).
W niektórych przypadkach możliwe są mniejsze tolerancje (nawet ± 0.125 mm – a nawet ± 0.025 mm), ale mogą one znacznie zwiększyć koszty.
W przypadku produkcji małych partii (< 10000 sztuk) należy rozważyć zastosowanie operacji pomocniczych, takich jak wiercenie, w celu zwiększenia dokładności. Zapewnia to prawidłowe pasowanie części z innymi częściami lub wstawkami (na przykład przy stosowaniu pasowań wtłaczanych).
Trzecia część - materiał do iniekcji
Formowanie wtryskowe jest kompatybilne z różnymi tworzywami sztucznymi. W tej sekcji dowiesz się więcej o kluczowych cechach najpopularniejszych materiałów. Omówimy również standardowe wykończenie powierzchni, które można zastosować do części formowanych wtryskowo.
Materiał do iniekcji
Wszystkie tworzywa termoplastyczne można formować wtryskowo. Niektóre termoutwardzalne tworzywa sztuczne i płynny silikon są również kompatybilne z procesem formowania wtryskowego. Można je również wzmacniać włóknami, cząstkami gumy, minerałami lub środkami zmniejszającymi palność, aby zmienić ich właściwości fizyczne. Na przykład włókno szklane można mieszać z cząstkami w proporcji 10%, 15% lub 30%, dzięki czemu części mają większą sztywność.
Dodatkiem powszechnie stosowanym w celu poprawy sztywności części formowanych wtryskowo jest włókno szklane. Włókna szklane można mieszać z kruszywami w proporcji 10%, 15% lub 30%, co daje różne właściwości mechaniczne. Możesz dodać barwnik (w proporcji około 3%) do mieszanki, aby stworzyć różnorodne kolorowe części. Standardowe kolory to czerwony, zielony, żółty, niebieski, czarny i biały, które można mieszać, aby uzyskać różne cienie.
Przygotowanie powierzchni i normy SPI
Obróbkę powierzchni można zastosować, aby części wtryskowe miały jakiś wygląd lub wrażenie. Oprócz zastosowania do celów kosmetycznych obróbka powierzchni może również spełniać wymagania techniczne. Na przykład średnia chropowatość powierzchni (RA) może znacznie wpłynąć na żywotność części ślizgowych (takich jak łożyska ślizgowe). Części wtryskowe zwykle nie wymagają obróbki końcowej, ale sama forma może przeprowadzać różne stopnie wykańczania. Należy pamiętać, że szorstkie powierzchnie podczas wypychania zwiększają tarcie między częścią a formą, dlatego wymagany jest większy kąt pochylenia.
koniec | Opis Projektu | standardy SPI* |
Lśniące wykończenie | Forma jest najpierw wygładzana, a następnie polerowana diamentowym polerem, co daje lustrzane wykończenie. | -1 |
Półpołysk | Forma jest wygładzana drobnoziarnistym papierem ściernym, co skutkuje drobnym wykończeniem powierzchni. | B-1 |
Matowe wykończenie | Forma jest wygładzana drobnym kamiennym proszkiem, usuwając wszelkie ślady obróbki. | C-1 |
Teksturowane wykończenie | Forma jest najpierw wygładzana drobnym proszkiem kamiennym, a następnie piaskowana, w wyniku czego uzyskuje się teksturowaną powierzchnię. | D-1 |
Wykończenie po obróbce | Forma jest wykańczana według uznania mechanika. Ślady narzędzi będą widoczne. | - |
koniec | Opis Projektu | standardy SPI* |
Lśniące wykończenie | Forma jest najpierw wygładzana, a następnie polerowana diamentowym polerem, co daje lustrzane wykończenie. | -1 |
Półpołysk | Forma jest wygładzana drobnoziarnistym papierem ściernym, co skutkuje drobnym wykończeniem powierzchni. | B-1 |
Matowe wykończenie | Forma jest wygładzana drobnym kamiennym proszkiem, usuwając wszelkie ślady obróbki. | C-1 |
Teksturowane wykończenie | Forma jest najpierw wygładzana drobnym proszkiem kamiennym, a następnie piaskowana, w wyniku czego uzyskuje się teksturowaną powierzchnię. | D-1 |
Wykończenie po obróbce | Forma jest wykańczana według uznania mechanika. Ślady narzędzi będą widoczne. | - |
Wybierając gładkie wykończenie, pamiętaj o następujących pomocnych wskazówkach:
Wykończenie formy z wysokim połyskiem nie jest równoznaczne z gotowym produktem z wysokim połyskiem. Duży wpływ na to mają inne czynniki, takie jak zastosowana żywica plastyczna, warunki formowania i konstrukcja formy. Na przykład ABS będzie produkować części o wyższym połysku niż PP.
drobniejsze wykończenie powierzchni wymaga użycia większej ilości materiału w formie. Aby uzyskać bardzo dokładne polerowanie, wymagana jest stal narzędziowa o najwyższej twardości. Ma to wpływ na całkowity koszt (koszt materiału, czas obróbki i czas post-processingu).
Czwarta część – Sekret redukcji kosztów
Dowiedz się więcej o kluczowych czynnikach wpływających na koszty w formowaniu wtryskowym i możliwych technikach projektowania, które pomogą Ci obniżyć koszty i zmieścić się w budżecie projektu.
Czynniki kosztowe w formowaniu wtryskowym. Maksymalny koszt formowania wtryskowego wynosi:
Koszt formy jest określany na podstawie całkowitego kosztu projektowania i przetwarzania formy.
koszt materiałów uzależniony jest od ilości użytych materiałów oraz ich ceny za kilogram.
Koszt produkcji zależy od całkowitego czasu użytkowania wtryskarki.
Koszty formy są stałe (od 1000 do 5000 USD). Koszt ten jest niezależny od całkowitej liczby wyprodukowanych części, podczas gdy koszty materiałów i produkcji są zależne od produkcji.
W przypadku mniejszych produktów (od 1000 do 10000 sztuk) największy wpływ na koszty całkowite (ok. 50-70%) mają koszty oprzyrządowania. Dlatego warto odpowiednio zmienić projekt, aby uprościć proces wytwarzania (i jego koszt) formy.
W przypadku produkcji masowej (powyżej 10000 100000 do XNUMX XNUMX sztuk) udział kosztów narzędzi w kosztach całkowitych jest pokrywany z kosztów materiałów i produkcji. Dlatego główne prace projektowe powinny koncentrować się na minimalizacji objętości części i czasu cyklu formowania.
Tutaj zebraliśmy kilka wskazówek, które pomogą Ci zminimalizować koszt projektu wtrysku.
Wskazówka 1: trzymaj się prostej matrycy do rysowania
Rdzenie o działaniu bocznym i inne mechanizmy w formie zwiększają koszty formy o 15% do 30%. Oznacza to, że minimalny dodatkowy koszt formy wynosi około 1000 do 1500 USD.
W poprzedniej sekcji przestudiowaliśmy metodę radzenia sobie z podcięciem. Aby utrzymać produkcję w ramach budżetu, unikaj stosowania rdzeni efektów ubocznych i innych mechanizmów, chyba że jest to absolutnie konieczne.
Wskazówka 2: przeprojektuj części wtryskowe, aby uniknąć podcięcia
Podcięcie zawsze zwiększa koszty i złożoność, a także konserwację formy. Sprytne przeprojektowanie zwykle eliminuje podcięcie.
Wskazówka 3: zmniejsz części wtryskowe
Mniejsze części można formować szybciej, co skutkuje wyższą produkcją i niższymi kosztami części. Mniejsze części zmniejszają również koszty materiałów i ceny form.
Wskazówka 4: zainstaluj wiele części w jednej formie
Jak widzieliśmy w poprzedniej sekcji, pierwszym egzaminem próbnym jest złożenie wielu części w tej samej formie. W pierwszej próbnej próbie w tej samej formie można zainstalować od 6 do 8 identycznych części, co skraca całkowity czas produkcji o około 80%.
Pierwsze badanie próbne można wykonać w tej samej formie o innej geometrii. To świetne rozwiązanie pozwalające obniżyć całkowity koszt montażu.
Jest to zaawansowana technologia:
W niektórych przypadkach korpus dwóch części zespołu jest taki sam. Dzięki kreatywnemu projektowi możesz tworzyć punkty blokujące lub zawiasy w symetrycznych pozycjach, aby zasadniczo odzwierciedlić część. W ten sposób ta sama forma może być wykorzystana do wytworzenia dwóch połówek form, zmniejszając w ten sposób koszt formy o połowę.
Wskazówka 5: unikaj drobnych szczegółów
Aby wykonać formę z małymi detalami, potrzebny jest dłuższy czas obróbki i czas wykończenia. Tekst jest przykładem i może nawet wymagać specjalnej technologii obróbki, takiej jak EDM, co prowadzi do wyższych kosztów.
Wskazówka 6: użyj wykończenia o niższej klasie
Zwykle środek do obróbki powierzchni nakłada się na formę ręcznie, co może być kosztownym procesem, zwłaszcza w przypadku zaawansowanej obróbki powierzchni. Jeśli twoje części nie są przeznaczone do użytku kosmetycznego, nie używaj drogich wykończeń wysokiej jakości.
Wskazówka 7: zminimalizuj objętość części, zmniejszając grubość ścianki
Zmniejszenie grubości ścianki części jest najlepszym sposobem na zminimalizowanie objętości części. Oznacza to nie tylko użycie mniejszej ilości materiałów, ale także znacznie przyspiesza cykl formowania wtryskowego.
Na przykład zmniejszenie grubości ścianki z 3 mm do 2 mm może skrócić czas cyklu o 50% do 75%.
Cieńsza ścianka oznacza szybsze napełnianie formy. Co ważniejsze, cieńsze części stygną i utwardzają się szybciej. Należy pamiętać, że gdy maszyna jest bezczynna, około połowa cyklu formowania wtryskowego jest zużywana na utwardzanie części.
Należy uważać, aby nadmiernie nie zmniejszyć sztywności części, w przeciwnym razie jej właściwości mechaniczne zostaną obniżone. Żebra w krytycznych miejscach mogą być użyte do zwiększenia sztywności.
Wskazówka 8: rozważ operację wtórną
W przypadku produkcji małych partii (mniej niż 1000 części) bardziej opłacalne może być zastosowanie operacji pomocniczych do kompletnego formowania wtryskowego części. Na przykład można wywiercić otwór po uformowaniu, zamiast używać drogiej formy z bocznym rdzeniem.
Piąta część - Rozpocznij zastrzyk
Kiedy projekt jest gotowy i zoptymalizowany pod kątem formowania wtryskowego, jaki jest następny krok? W tej sekcji przeprowadzimy Cię przez kroki wymagane do rozpoczęcia produkcji form wtryskowych.
Krok 1: zacznij od małego i szybko zbuduj prototyp
Zanim użyjesz jakiejkolwiek drogiej formy wtryskowej, najpierw stwórz i przetestuj funkcjonalny prototyp projektu.
Ten krok ma kluczowe znaczenie dla pomyślnego wprowadzenia produktu na rynek. W ten sposób błędy projektowe mogą zostać wcześnie wykryte, a koszt zmiany jest nadal niski.
Istnieją trzy prototypowe rozwiązania:
1. Druk 3D (przy użyciu SLS, SLA lub materiału w sprayu)
2. Plastikowa obróbka numeryczna
3. Formowanie wtryskowe o małej objętości za pomocą formy do drukowania 3D
Procesy te mogą tworzyć realistyczne prototypy kształtów i funkcji, które wyglądają bardzo podobnie do końcowego uformowanego produktu.
Skorzystaj z poniższych informacji jako szybkiego przewodnika porównawczego, aby określić rozwiązanie, które najlepiej pasuje do Twojej aplikacji.
3D drukowanie prototyp
Minimalna ilość: 1
Typowy koszt: 20–100 USD za część
Czas dostawy: 2-5 dni
Zoptymalizowany projekt do formowania wtryskowego w celu łatwego drukowania 3D
Najtańsze, najszybsze prototypowe rozwiązanie
Nie każdy materiał wtryskowy nadaje się do druku 3D
Części do drukowania 3D są o 30-50% słabsze niż części wtryskowe
Prototyp obróbki CNC
Minimalna ilość: 1
Typowy koszt: 100–500 USD za część
Czas dostawy: 5-10 dni
Właściwości materiału są takie same jak w przypadku części wtryskowych
Doskonała precyzja i wykończenie
Projekt może wymagać modyfikacji, ponieważ mają zastosowanie różne ograniczenia projektowe
Droższy niż druk 3D, dłuższy czas dostawy
Formowanie wtryskowe o małej objętości
Minimalna ilość: 10-100 sztuk,
Typowy koszt: 1000–4000 USD
Czas dostawy: 5-10 dni,
Najbardziej realistyczny prototyp z realistycznymi właściwościami materiału
Symulacja rzeczywistego procesu i projektu formy
Najdroższe rozwiązanie prototypowe
Mniejsza dostępność niż drukowanie CNC lub 3D
Krok 2: przeprowadzić „uruchomienie” (500-10000 części)
Po sfinalizowaniu projektu można rozpocząć formowanie wtryskowe za pomocą niewielkiej liczby testów.
Minimalna wielkość zamówienia na wtrysk to 500 sztuk. W przypadku tych ilości matryca jest zwykle obrabiana przez aluminiowe CNC. Formy aluminiowe są stosunkowo łatwe w produkcji i tańsze (od około 3000 do 5000 USD), ale mogą wytrzymać od 5000 do 10000 cykli wtrysku.
Na tym etapie typowy koszt części wynosi od 1 do 5 USD, w zależności od geometrii projektu i wybranego materiału. Typowy czas realizacji takich zamówień to 6-8 tygodni.
Części wykonane za pomocą „pilotażowej” matrycy aluminiowej mają takie same właściwości fizyczne i precyzję, jak części wykonane za pomocą matrycy ze stali narzędziowej „produkcji masowej”.
Krok 3: rozszerz skalę produkcji (ponad 100000 XNUMX części)
W przypadku produkcji dużej liczby identycznych części (od 10000 100000 do XNUMX XNUMX + jednostek) wymagane są specjalne narzędzia wtryskowe.
W przypadku tych objętości forma jest wykonana ze stali narzędziowej metodą obróbki CNC, która może wytrzymać miliony cykli formowania wtryskowego. Są one również wyposażone w zaawansowane funkcje, takie jak drzwi z gorącą końcówką i złożone kanały chłodzące, aby zmaksymalizować prędkość produkcji.
Ze względu na złożoność projektowania i produkcji form, typowy koszt jednostkowy tego etapu wynosi od kilku centów do dolara, a typowy czas dostawy to 4-6 miesięcy.
W DDPROTOTYPE możesz łatwo, szybko i konkurencyjnie zlecić outsourcing produktów do formowania wtryskowego. Gdy prześlesz swój projekt do ddprototype, nasz mechanik wykryje wszelkie potencjalne problemy projektowe w celu analizy projektu pod kątem możliwości produkcyjnych przed rozpoczęciem produkcji i przedstawi wycenę tak szybko, jak to możliwe. W ten sposób możesz mieć pewność, że zawsze uzyskasz najbardziej konkurencyjną cenę części wtryskowych na rynku z najkrótszym czasem obrotu.