Који су захтеви за пројектовање дебљине зида калупа за бризгање?

Дебљина зида бризганог дела истовремено одређује:

Понашање при пуњењу: Танки зидови имају већи отпор протицању. Материјал мора да путује кроз танке делове пре него што се замрзне, што ограничава колико далеко од капије може да се протеже танак зид пре кратког пуњења.

Време хлађења: Време хлађења се мери са квадратом дебљине зида. Удвостручите дебљину зида и време хлађења се повећава отприлике четири пута, директно утичући на време циклуса и економичност производње.

Скупљање и савијање: Пластика се скупља како се хлади. Дебљи делови се спорије хладе и скупљају више од тањих делова. Тамо где се граниче дебели и танки делови, диференцијално скупљање ствара унутрашње напрезање - које се показује као искривљење, трагови удубљења или обоје.

Перформансе конструкције: За карактеристике{0}}носивости, минимална дебљина зида је одређена структуралним захтевима. За чисто козметичке карактеристике, постављен је ограничењима пуњења и хлађења.

Студија из 2020. објављена уПолимерно инжењерство и наукаоткрили да је варијација дебљине зида -, конкретно однос максималне и минималне дебљине зида унутар једног дела -, био најјачи појединачни предиктор величине савијања у узорку од 85 геометрија производа за широку употребу убризгавањем. Делови са односом дебљине зида испод 1,5:1 показали су просечно савијање од 0,12 мм; делови са односом изнад 3:1 показали су просечно савијање од 0,61 мм - петоструко повећање.

Препоруке за дебљину зида одражавају карактеристике течења, понашање скупљања и структурна својства сваке класе материјала. Ови опсези представљају типичне производне{1}}одрживе циљеве - а не апсолутна физичка ограничења.

АБС (акрилонитрил бутадиен стирен)

Типична дебљина зида: 1,2–3,5 мм, при чему је 1,5–2,5 мм најчешћи производни опсег.

АБС има добре карактеристике течења и релативно мало скупљање (0,4–0,8%), што га чини прихватљивим за умерено сложене геометрије. То је најчешћи материјал за кућишта потрошачке електронике, укључујући шкољке миша. Зидови испод 1,2 мм су достижни, али захтевају пажљиво затварање, висок притисак убризгавања и прецизно управљање температуром. Изнад 3,5 мм, време хлађења постаје дуго, а трагове удубљења на супротним површинама постаје тешко елиминисати.

полипропилен (ПП)

Типична дебљина зида:0,8–3,8 мм, са 1,5–2,5 мм уобичајеним за структуралне потрошачке делове.

ПП лако тече и толерантан је на танке зидове у једноставним геометријама, али његова висока стопа скупљања (1,0–2,5% у зависности од квалитета и кристалности) ствара веће апсолутно скупљање од АБС-а. Закалуп за бризгање пластике за аутомобил за играчкеПП отпорност на ударце и хемијска отпорност чине га уобичајеним избором, али велико скупљање захтева конзервативнију уједначеност дебљине зида од АБС-а да би се контролисало савијање.

Најлон (ПА6 / ПА66)

Типична дебљина зида: 0,8–3,0 мм за неиспуњене слојеве; 1,5–4,0 мм за варијанте са{4}}пуњеним стаклом.

Кристална природа најлона значи да прелази из растопљеног у чврсти наглији од аморфних материјала, што утиче и на понашање пуњења и на скупљање. Стакло-ојачани ПА66 - уобичајен за структурне компоненте као што су тела и кућишта зупчаника мотора - има значајно ниже скупљање од непуњеног најлона (0,3–0,8% наспрам 1,0–2,0%), али је осетљивији на оријентацијске ефекте протока. Уједначеност дебљине зида је посебно важна код делова од најлона пуњених стаклом{9}}да би се избегли градијенти оријентације влакана који стварају анизотропно скупљање.

Поликарбонат (ПЦ) и ПЦ/АБС мешавине

Типична дебљина зида: 1,0–3,5 мм, са мањим опсегом за оптичке или прецизне апликације.

ПЦ има мањи проток од АБС-а и захтева веће притиске убризгавања и температуре калупа, што ограничава колико танки зидови могу бити практично док се одржава пуњење. За кућишта миша или оквире екрана који захтевају оптичку јасноћу рачунара или отпорност на удар, зидови испод 1,2 мм захтевају пажљиво постављање капије и анализу протока. ПЦ/АБС мешавине нуде нешто бољи проток од чистог рачунара са сличним ударним перформансама и широко се користе за потрошачку електронику при дебљини зида од 1,5–3,0 мм.

ПОМ (ацетал / полиоксиметилен)

Типична дебљина зида:0,8–3,0 ммза стандардне оцене.

ПОМ је материјал избора за многе прецизне механичке компоненте - укључујући неке типове зупчаника - због одличне стабилности димензија и ниског коефицијента трења. Његова кристална природа даје му оштру температуру очвршћавања, што значи да се танки зидови брзо смрзавају, али такође значи да се замрзавање{3}}врата мора пажљиво одмерити. ПОМ има веома ниску толеранцију на варијације дебљине зида: диференцијално скупљање у ПОМ-у ствара високо заостало напрезање које често доводи до пуцања у раду, а не до видљивог савијања током производње.

Најосновније правило за пројектовање дебљине зида је одржавање што уједначеније дебљине зида у целом делу. Овај принцип постоји јер:

Униформни зидови се свуда хладе истом брзином - без диференцијалног скупљања, без унутрашњег градијента напона

Уједначени зидови се пуне сличним отпором струјања свуда - нема преференцијалних путева протока који изазивају-праћење или ваздушне замке

Уједначени зидови имају предвидљиво и конзистентно скупљање - које произвођач калупа може надокнадити једним додатком скупљања, а не додатком зависним од положаја-

Практични циљ је да се варијација дебљине зида задржи у омјеру од 1,5:1 (максимална до минимална дебљина) гдје год је то могуће. Тамо где функционални захтеви дела захтевају веће варијације, транзицијом се мора пажљиво управљати.

Градуатед Транситионс

Када дебљина зида мора да се промени -, на пример, прелазак са структурне избочине на зиду од 3,0 мм на танку површину за покривање на 1,5 мм -, промена треба да буде степенована на растојању од најмање три пута веће разлике у дебљини, а не нагло. Степен промена у дебљини зида ствара концентрацију напона на прелазу која постаје преференцијална локација за трагове удубљења, линије завара и пуцање напона у раду.

Стандардни приступ је коришћење сужења преко прелазне зоне: ако идете са 3,0 мм на 1,5 мм, сужите зид линеарно преко најмање 4,5 мм (промена 3 × 1,5 мм). Ово дистрибуира диференцијално скупљање преко прелазне зоне уместо да га концентрише у једној тачки.

Када су-неуједначени зидови неопходни

Неки функционални захтеви заиста захтевају различите дебљине зидова у различитим областима. Кућиште које мора да издржи ударна оптерећења на местима монтаже док је лагано у областима панела ће нужно имати дебље зидове у структуралним зонама. У овим случајевима:

Дизајнирајте прелазе постепено колико то дозвољава геометрија

Поставите дебеле делове даље од козметичких површина где би били видљиви трагови умиваоника

Узмите у обзир унутрашње језгро (удубљење дебелих делова са не-козметичке површине) да бисте конвертовали чврсти дебели део у уједначенију танку љуску - која контролише трагове умиваоника и смањује време хлађења без жртвовања структурних перформанси

Компоненте аутомобила за играчке обухватају широк спектар захтева за дебљином зида. Плоче каросерије и велики структурни елементи су обично 1,5–2,5 мм АБС или ПП - довољно дебели за отпорност на ударе (кључно питање безбедности у дечијим производима према стандардима за безбедност играчака ЕН 71 и АСТМ Ф963), довољно танки за прихватљиво време циклуса и цену материјала.

Мали декоративни елементи - прозори, решетке, детаљи украса - могу бити танки и до 0,8–1,0 мм у АБС-у са одговарајућим постављањем капије. Лукови точкова и браници који морају да апсорбују удар су обично на горњем крају опсега, 2,0–3,0 мм, док се кровне и хаубе панели често могу смањити на 1,5–2,0 мм са ребрима за укрућење уместо повећања дебљине коже.

За акалуп за бризгање пластике за аутомобил за играчке, дизајн дебљине зида треба да узме у обзир захтеве{0}}тестирања и удара у примењивим безбедносним стандардима као прво ограничење, а затим да оптимизује пуњење, хлађење и естетику у оквиру тих граница.

Калуп за убризгавање шкољке миша

Кућишта за потрошачку електронику, као што су шкољке за миш, обично користе АБС или ПЦ/АБС са номиналном дебљином зида од 1,5–2,0 мм. Захтеви за танки{3}}зидови су вођени естетским преференцијама (углађен, лаган на додир) и конкурентским притиском на цену делова. Козметички захтеви - високи-сјај или фина{7}}површина без трагова умиваоника - стварају јак притисак за уједначеност, пошто ће свака варијација дебљине зида произвести видљиву варијацију квалитета површине.

За а калуп за бризгање шкољке миша,Изазов дизајна је интегрисање монтажних отвора, ускочних делова и ојачања ребра у зид од номиналног 1,5 мм без стварања дебелих тачака које се виде као трагови умиваоника на супротној козметичкој површини. Опште правило за причвршћивање на ивице и ребра је да дебљина елемента у корену не сме да пређе 60% номиналне дебљине зида -, тако да за зид шкољке од 1,8 мм, ребра не би требало да буду шира од 1,1 мм у својој основи.

Калуп за убризгавање зупчаника мотора

Делови зупчаника представљају изазов за различите дебљине зида: структурни захтеви за попречни пресек-зупца, главчину и мрежу између њих одређују се механичким оптерећењем, а не конвенцијама бризгања. Посао инжињера калупа је да обезбеди да се ове структурно-одређене геометрије могу произвести у оквиру ограничења изабраног материјала и процеса обликовања.

За акалуп за убризгавање зупчаника мотора у ПОМ-у или ПА66ГФ (најлону пуњеном стаклом{1}}), зупци зупчаника су типично дебљине 1,5–3,0 мм у кругу нагиба, при чему је главчина потенцијално дебља. Најважнија брига је однос између дебљине главчине и дебљине мреже: ако је чвориште знатно дебље од мреже, диференцијално хлађење ствара унутрашњи стрес који може да изазове пуцање чворишта у раду - режим квара који може да прође месецима да се појави након производње, што отежава дијагнозу.

Један од најважнијих принципа у дизајну делова калупа за ињектирање је коришћење геометријских карактеристика уместо повећане дебљине зида да би се додала крутост структуре. Део са ребрима има далеко бољи однос крутости-према-тежини и крутости-према-циклуса-времена него еквивалентни равни-део са зидовима повећане дебљине.

Стандардна правила дизајна ребара

Дебљина ребра на дну: 40–60% номиналне дебљине зида (да би се спречиле трагове умиваоника на супротној површини)

Висина ребра: максимално 3× номинална дебљина зида

Размак ребара: најмање 2× номинална дебљина зида између суседних ребара

Нацрт на страни ребара: најмање 0,5 степена, пожељно 1 степен

За део зида од 2,0 мм, то значи да ребра треба да буду дебљине 0,8–1,2 мм у основи, не виша од 6,0 мм и размакнута најмање 4,0 мм.

Босс дизајн за монтажу вијцима

Главице - цилиндричне карактеристике које прихватају завртње или притисну{1}}уметке - су уобичајени извор трагова удубљења и линија заваривања јер стварају локалне дебеле пресеке. Стандардне смернице:

Спољни пречник главе: не више од 2× номиналне дебљине зида

Дебљина бочног зида: 40–60% номиналног зида

Подножје главе треба да буде причвршћено за најближи зид ако је могуће - ово распоређује оптерећење додатка за главу на више материјала и смањује ризик од удубљења

Уметне плоче за ојачање углова

Тамо где се два зида сусрећу у углу и потребна је додатна крутост, плоче са уметцима обезбеђују појачање без повећања дебљине зида. Улошци треба да прате исто правило дебљине као и ребра (40–60% номиналног зида) и треба да имају одговарајуће полупречнике угаонице на свом дну како би спречили концентрацију напрезања.

Економски случај за пројектовање одговарајуће дебљине зида је једноставан. Пошто се време хлађења мери са дебљином зида на квадрат, смањење дебљине зида са 3,0 мм на 2,0 мм - смањење од 33% - смањује време хлађења за приближно 56%. За калуп који ради 24/7 при великом обиму, ово је трансформативна разлика у економији производње.

За практичан пример: калуп за бризгање пластике у аутомобилу играчке за производњу каросеријских панела дебљине зида од 3,0 мм може имати време циклуса од 35 секунди, од чега је 22 секунде хлађење. Смањење на 2,0 мм смањује хлађење на приближно 10 секунди, за укупно време циклуса од приближно 23 секунде - побољшање пропусности од 34% од промене дизајна која не кошта ништа за имплементацију током фазе пројектовања, али би захтевала прераду алата ако се примени након што је алатка направљена.

Због тога је преглед дизајна за производност (ДФМ) који се експлицитно бави дебљином зида толико вредан: промене су бесплатне у фази пројектовања и скупе након сечења алата.

Полимерно инжењерство и наука(2020): Однос дебљине зида (мак:мин) био је најјачи појединачни предиктор савијања у 85 бризганих делова за потрошаче. Однос испод 1,5:1 је у просеку износио 0,12 мм искривљености; изнад 3:1 је у просеку 0,61 мм - петострука разлика.

Јоурнал оф Полимер Енгинееринг(2019): Смањење односа дебљине ребра-према-односа са 75% на 50% елиминисало је трагове умиваоника на супротној козметичкој површини у АБС деловима у свим тестираним геометријама, док је повећање односа са 50% на 80% довело до видљивих трагова умиваоника у свим случајевима.

Међународни часопис за напредну технологију производње(2021): Смањење дебљине зида са 3,0 мм на 2,0 мм у делу кућишта потрошачке електронике смањило је цену материјала за 29%, време циклуса за 38%, а савијање за 47% - потврђујући да дизајн танког-зида, када се правилно изведе, побољшава све три кључне производне метрике истовремено.

Произвођач играчака је развијао нову линију реплика возила-ливених под притиском размере 1:18 са детаљним АБС каросеријама. Почетни дизајн дела имао је номиналну дебљину зида која се кретала од 1,2 мм у областима панела до 4,5 мм на тачкама конструкције - у односу 3,75:1 који је Сунхингстонес ДФМ преглед одмах означио.

Тачке за монтажу од 4,5 мм стварале су велике трагове умиваоника на видљивој супротној површини, време циклуса је било 58 секунди да би се омогућило адекватно хлађење дебелих делова, а искривљење кровне плоче је премашило спецификацију равности од 0,3 мм.

Програм оптимизације је укључивао три промене:

Дебеле тачке за монтажу су са унутрашње стране са језгром са доње стране, смањујући ефективну дебљину зида са 4,5 мм на 2,2 мм, уз задржавање висине главе и структуралне функције

Прелазак из зоне са 2,2 мм на зону панела од 1,5 мм је степеновао преко 8 мм уместо оригиналног наглог корака

Два додатна ребра за учвршћивање (дебљине 0,8 мм, висине 4,5 мм) су додата на кровну плочу да би се вратила структурална крутост изгубљена смањењем дебљине панела са 1,8 мм на 1,5 мм

Резултати: време циклуса смањено са 58 на 31 секунду, елиминисани трагови умиваоника на козметичким површинама, деформација кровне плоче смањена на 0,18 мм (у оквиру спецификације). Тежина материјала по делу смањена је за 14%, додатно побољшавајући економичност јединице. Калуп сада ради пуном запремином са нултим димензијама не-усклађености на дефектима у вези са-дебљином- зида.

Избор дебљине зида направљен у фази дизајна производа одређује време циклуса, цену дела, квалитет димензија и козметичке перформансе за сваки део који калуп икада произведе. Они су јефтини за оптимизацију у фази пројектовања и скупи за поправку након што се алати обавежу. Правите основе - конзистентна дебљина зида у оквиру материјала-одговарајућих опсега, постепени прелази, ребра уместо дебелих пресека за крутост - и калуп ради добро од почетка.

У Сунхингстонес-у, сваки нови пројекат калупа почиње ДФМ прегледом који експлицитно процењује односе дебљине зида, пропорције ребара и избочина и геометрију путање испуне. Наше искуство обухвата калупе за прецизне зупчанике и механичке компоненте, кућишта потрошачке електронике и алате за велике{1}}играчке и потрошачке производе.

Контактирајте сада

Брала, ЈГПриручник о дизајну за производност, 2. издање. МцГрав{2}}Хил, 1998.

Маллои, РАДизајн пластичних делова за бризгање: Увод. Хансер Публисхерс, 1994.

Беаумонт, ЈП ет ал.Успешно бризгање: процес, дизајн и симулација. Хансер Публисхерс, 2002.

Ким, ХС ет ал. „Утицај односа варијације дебљине зида на савијање у бризганим потрошачким производима.“Полимерно инжењерство и наука, 2020.

Ксу, Г. ет ал. „Однос ребра-према-односа дебљине зида и формирања трагова удубљења у деловима ливеним од АБС-а.“Јоурнал оф Полимер Енгинееринг, 2019.