Kādas ir prasības iesmidzināšanas veidņu sieniņu biezuma projektēšanai?

Iesmidzināmās daļas sieniņu biezums vienlaikus nosaka:

Aizpildījuma īpašības: plānām sienām ir lielāka plūsmas pretestība. Materiālam ir jāpārvietojas cauri plānām sekcijām, pirms tas sasalst, kas ierobežo to, cik tālu no vārtiem var stiepties plānā siena pirms īsas aizpildīšanas.

Atdzesēšanas laiks: Dzesēšanas laika skalas ar sienas biezuma kvadrātu. Sienas biezuma dubultošanās un dzesēšanas laiks palielinās aptuveni četras reizes, tieši ietekmējot cikla laiku un ražošanas ekonomiku.

Saraušanās un deformācija: plastmasa atdziestot saraujas. Biezākas daļas atdziest lēnāk un saraujas vairāk nekā plānākas daļas. Vietās, kur savienojas biezas un plānas daļas, diferenciālā saraušanās rada iekšējo spriegumu -, kas parādās kā deformācija, iegrimšanas pēdas vai abi.

Strukturālā veiktspēja: slodzes-elementiem minimālo sienu biezumu nosaka konstrukcijas prasības. Tīri kosmētiskām funkcijām to nosaka piepildīšanas un dzesēšanas ierobežojumi.

2020. gada pētījums, kas publicētsPolimēru inženierija un zinātnekonstatēja, ka sienas biezuma izmaiņas -, īpaši maksimālā un minimālā sienas biezuma attiecība vienā daļā -, bija spēcīgākais deformācijas lieluma prognozētājs 85 iesmidzināšanas veidņu patēriņa preču ģeometriju paraugā. Detaļām ar sienu biezuma attiecību zem 1,5:1 vidējā deformācija bija 0,12 mm; daļām ar attiecību virs 3:1 vidējā deformācija 0,61 mm - palielinājās pieckārtīgi.

Sienas biezuma ieteikumi atspoguļo katras materiālu klases plūsmas raksturlielumus, saraušanās īpašības un strukturālās īpašības. Šie diapazoni atspoguļo tipiskus ražošanas-dzīvotspējīgus mērķus -, nevis absolūtus fiziskos ierobežojumus.

ABS (akrilnitrila butadiēna stirols)

Tipiskais sienu biezums: 1,2–3,5 mm, visizplatītākais ražošanas diapazons ir 1,5–2,5 mm.

ABS ir labas plūsmas īpašības un salīdzinoši zema saraušanās (0,4–0,8%), kas padara to pielaidīgu pret vidēji sarežģītu ģeometriju. Tas ir visizplatītākais materiāls plaša patēriņa elektronikas korpusiem, tostarp peles korpusiem. Sienas, kuru biezums ir mazāks par 1,2 mm, ir sasniedzamas, taču tām ir nepieciešama rūpīga ieslēgšana, augsts iesmidzināšanas spiediens un precīza temperatūras vadība. Virs 3,5 mm dzesēšanas laiks kļūst garāks, un nogrimšanas pēdas uz pretējām virsmām kļūst grūti likvidējamas.

Polipropilēns (PP)

Tipisks sienas biezums:0,8–3,8 mm, ar 1,5–2,5 mm, kas parasti ir strukturālām patēriņa daļām.

PP viegli plūst un ir izturīgs pret plānām sienām vienkāršās ģeometrijās, taču tā augstais saraušanās ātrums (1,0–2,5% atkarībā no pakāpes un kristāliskuma) rada lielāku absolūto saraušanos nekā ABS. Parrotaļu automašīnu plastmasas iesmidzināšanas veidneLietojumprogrammas, PP triecienizturība un ķīmiskā izturība padara to par izplatītu izvēli, taču lielai saraušanai ir nepieciešama konservatīvāka sienas biezuma viendabība nekā ABS, lai kontrolētu deformāciju.

Neilons (PA6/PA66)

Tipisks sienas biezums: 0,8–3,0 mm nepildītām šķirnēm; 1,5–4,0 mm stikla -pildītiem variantiem.

Neilona kristāliskais raksturs nozīmē, ka tas pāriet no kausēta uz cietu daudz straujāk nekā amorfie materiāli, kas ietekmē gan pildījumu, gan saraušanos. Stikla -pastiprinātajam PA66 -, kas ir izplatīts konstrukciju komponentiem, piemēram, motora zobratu korpusiem un korpusiem, - ir ievērojami zemāka saraušanās spēja nekā nepildītam neilonam (0,3–0,8% pret 1,0–2,0%), taču tas ir jutīgāks pret plūsmas orientācijas ietekmi. Sienas biezuma viendabīgums ir īpaši svarīgs ar stiklu{9}}pildītām neilona detaļām, lai izvairītos no šķiedru orientācijas gradientiem, kas rada anizotropu saraušanos.

Polikarbonāts (PC) un PC/ABS maisījumi

Tipisks sienas biezums: 1,0–3,5 mm, ar šaurākiem diapazoniem optiskiem vai precīziem lietojumiem.

PC ir mazāka plūsma nekā ABS, un tam ir nepieciešams augstāks iesmidzināšanas spiediens un veidņu temperatūra, kas ierobežo to, cik plānas sienas var praktiski būt, vienlaikus saglabājot pildījumu. Peļu korpusiem vai displeja malām, kurām nepieciešama datora optiskā skaidrība vai triecienizturība, sienām, kuru garums ir mazāks par 1,2 mm, ir nepieciešama rūpīga vārtu novietošana un plūsmas analīze. PC/ABS maisījumi piedāvā nedaudz labāku plūsmu nekā tīrs dators ar līdzīgu trieciena veiktspēju, un tos plaši izmanto plaša patēriņa elektronikā ar 1,5–3,0 mm sieniņu biezumu.

POM (acetāls/polioksimetilēns)

Tipisks sienas biezums:0,8–3,0 mmstandarta pakāpēm.

POM ir izvēles materiāls daudziem precīzijas mehāniskiem komponentiem -, tostarp dažiem pārnesumu veidiem -, pateicoties tā izcilajai izmēru stabilitātei un zemajam berzes koeficientam. Tā kristāliskais raksturs nodrošina tai asu sacietēšanas temperatūru, kas nozīmē, ka plānās sienas ātri sasalst, bet arī nozīmē, ka vārtu sasalšana-ir rūpīgi jāplāno. POM ir ļoti zema tolerance pret sienu biezuma izmaiņām: diferenciālā POM saraušanās rada lielu atlikušo spriegumu, kas bieži izraisa plaisāšanu ekspluatācijas laikā, nevis redzamu deformāciju ražošanas laikā.

Vissvarīgākais sienas biezuma projektēšanas noteikums ir saglabāt pēc iespējas vienmērīgāku sienas biezumu visā daļā. Šis princips pastāv, jo:

Vienmērīgas sienas visur atdziest ar vienādu ātrumu - nav diferenciālas saraušanās, nav iekšēju sprieguma gradientu

Vienmērīgas sienas visur piepildās ar līdzīgu plūsmas pretestību - nav preferenciālu plūsmas ceļu, kas izraisa sacensību-izsekošanu vai gaisa slazdus

Vienveidīgām sienām ir paredzama un konsekventa saraušanās -, ko veidņu izgatavotājs var kompensēt ar vienu saraušanās pielaidi, nevis no pozīcijas-atkarīgām pielaidēm

Praktiskais mērķis ir saglabāt sienas biezuma svārstības proporcijā 1,5:1 (maksimālais un minimālais biezums), kur vien iespējams. Ja daļas funkcionālās prasības prasa lielākas atšķirības, pāreja ir jāpārvalda uzmanīgi.

Graduated Transitions

Ja sienas biezumam ir jāmainās -, piemēram, pārejot no strukturālas izciļņas pie 3,0 mm sienas uz plānu seguma laukumu 1,5 mm -, izmaiņas ir jāgraduē attālumā, kas vismaz trīs reizes pārsniedz biezuma starpību, nevis pēkšņām. Pakāpeniskas sienas biezuma izmaiņas rada sprieguma koncentrāciju pārejā, kas kļūst par prioritāru vietu izlietnes pēdām, metinājuma līnijām un sprieguma plaisām ekspluatācijas laikā.

Standarta pieeja ir izmantot konusu virs pārejas zonas: ja tas ir no 3,0 mm līdz 1,5 mm, sašauriniet sienu lineāri vismaz par 4,5 mm (3 × 1,5 mm izmaiņas). Tas sadala diferenciālo saraušanos visā pārejas zonā, nevis koncentrē to vienā punktā.

Kad ir nepieciešamas nevienmērīgas sienas

Dažas funkcionālās prasības patiešām pieprasa dažādus sienu biezumus dažādās vietās. Korpusam, kuram ir jāiztur trieciena slodze montāžas punktos, kamēr tas ir viegls paneļu zonās, konstrukciju zonās noteikti būs biezākas sienas. Šajos gadījumos:

Veidojiet pārejas tik pakāpeniski, cik to atļauj ģeometrija

Novietojiet biezās daļas prom no kosmētikas virsmām, kur būtu redzamas izlietnes pēdas

Apsveriet iespēju izveidot iekšējo serdi (izdobumu biezas daļas no ne{0}}kosmētiskās virsmas), lai cietu biezu daļu pārvērstu viendabīgākā plānā apvalkā -, kas kontrolē izlietnes pēdas un samazina dzesēšanas laiku, nezaudējot struktūras veiktspēju.

Rotaļlietu automobiļu sastāvdaļas atbilst dažādām sienu biezuma prasībām. Korpusa paneļi un lielie konstrukcijas elementi parasti ir 1,5–2,5 mm ABS vai PP - biezi, lai nodrošinātu triecienizturību (galvenais drošības apsvērums bērnu izstrādājumos saskaņā ar EN 71 un ASTM F963 rotaļlietu drošības standartiem), pietiekami plāni, lai nodrošinātu pieņemamu cikla laiku un materiālu izmaksas.

Nelieli dekoratīvi elementi - logi, režģi, apdares detaļas - var būt līdz 0,8–1,0 mm no ABS, izmantojot atbilstošu vārtu izvietojumu. Riteņu arkas un bamperi, kuriem jāabsorbē trieciens, parasti atrodas diapazona augšējā galā, 2,0–3,0 mm, savukārt jumta un pārsega paneļus bieži var samazināt līdz 1,5–2,0 mm, izmantojot stingrākas ribas, nevis palielinot ādas biezumu.

Par arotaļu automašīnu plastmasas iesmidzināšanas veidne, sienas biezuma projektēšanā kā pirmais ierobežojums ir jāņem vērā kritiena{0}}pārbaudes un trieciena prasības piemērojamajos drošības standartos un pēc tam jāveic optimizācija pildījumam, dzesēšanai un estētiskam šajās robežās.

Peles apvalka injekcijas veidne

Patēriņa elektroniskajos korpusos, piemēram, peles apvalkos, parasti tiek izmantots ABS vai PC/ABS ar 1,5–2,0 mm nominālo sieniņu biezumu. Plānās -sienas prasības nosaka estētiskās izvēles (glūns, viegls svars) un konkurences spiediens uz detaļu izmaksām. Kosmētiskā prasība -augsti-spīdīga vai smalka{7}}tekstūra virsmām bez iegrimes pēdām - rada spēcīgu spiedienu uz viendabīgumu, jo jebkura sienas biezuma izmaiņas radīs redzamas virsmas kvalitātes izmaiņas.

Par a peles apvalka injekcijas veidne,Dizaina uzdevums ir integrēt montāžas uzgaļus, fiksācijas elementus un ribu pastiprinājumus nomināli 1,5 mm sienā, neradot biezus plankumus, kas parādās kā izlietnes pēdas uz pretējās kosmētikas virsmas. Pamatnoteikums attiecībā uz izciļņu un ribu stiprinājumu ir tāds, ka elementa biezums pie saknes nedrīkst pārsniegt 60% no nominālā sienas biezuma -, tāpēc 1,8 mm korpusa sienai ribām nevajadzētu būt platākām par 1,1 mm pie pamatnes.

Motora zobratu iesmidzināšanas veidne

Zobu daļas rada atšķirīgu sienas biezuma izaicinājumu: strukturālās prasības zoba šķērsgriezumam-, rumbai un starp tām esošajam tīklam nosaka mehāniskā slodze, nevis iesmidzināšanas liešanas metodes. Veidņu inženiera uzdevums ir nodrošināt, lai šīs strukturāli -noteiktās ģeometrijas būtu izgatavojamas atbilstoši izvēlētā materiāla un liešanas procesa ierobežojumiem.

Par amotora pārnesumu iesmidzināšanas veidne POM vai PA66GF (stikls{1}}pildīts neilons) zobrata zobi parasti ir 1,5–3,0 mm biezi pie soļa apļa, un rumba var būt biezāka. Būtiskākā problēma ir attiecība starp rumbas biezumu un lentes biezumu: ja rumbas biezums ir ievērojami biezāks par lenti, diferenciālā dzesēšana rada iekšēju spriegumu, kas var izraisīt rumbas plaisāšanu ekspluatācijas laikā - kļūmes režīms, kura parādīšanās pēc ražošanas var ilgt mēnešus, tādējādi apgrūtinot diagnostiku.

Viens no svarīgākajiem principiem iesmidzināšanas veidņu daļu projektēšanā ir ģeometrisku īpašību izmantošana, nevis palielināts sienas biezums, lai palielinātu konstrukcijas stingrību. Daļai ar ribām ir daudz labāka stingrības-pret-svara un stingrības-/-cikla-laika attiecība nekā līdzvērtīgai plakanai-sienu daļai ar palielinātu biezumu.

Standarta ribu dizaina noteikumi

Rievojumu biezums pie pamatnes: 40–60% no nominālā sienas biezuma (lai novērstu nogrimšanas pēdas uz pretējās virsmas)

Rievojumu augstums: maksimāli 3 × nominālais sienas biezums

Attālums starp ribām: vismaz 2 × nominālais sienas biezums starp blakus esošajām ribām

Iegrime ribu malās: vismaz 0,5 grādi, vēlams 1 grāds

2,0 mm sienas sekcijai tas nozīmē, ka ribām jābūt 0,8–1,2 mm biezām pie pamatnes, ne garākām par 6,0 mm un vismaz 4,0 mm attālumā viena no otras.

Boss dizains skrūvju montāžai

Uzmavas - cilindriski elementi, kas pieņem skrūves vai nospiež-piestiprina ieliktņus -, ir izplatīts izlietnes pēdu un metināšanas līniju avots, jo tie veido lokālas biezas sekcijas. Standarta vadlīnijas:

Korpusa ārējais diametrs: ne vairāk kā 2 × nominālais sienas biezums

Priekšējās sienas biezums: 40–60% no nominālās sienas

Ja iespējams, izciļņa pamatne ir jānostiprina līdz tuvākajai sienai - tas sadala uzgaļa stiprinājuma slodzi pa lielākam materiālam un samazina nogrimšanas pēdu risku

Stūru pastiprināšanai paredzētās ieliktņu plāksnes

Vietās, kur divas sienas saskaras stūrī un ir nepieciešama papildu stingrība, rievotās plāksnes nodrošina pastiprinājumu, nepalielinot sienas biezumu. Rievām ir jāievēro tāds pats biezuma noteikums kā ribām (40–60% no nominālās sienas), un to pamatnē jābūt atbilstošiem filejas rādiusiem, lai novērstu sprieguma koncentrāciju.

Ekonomiskais pamatojums projektēšanai atbilstoši sienu biezumam ir vienkāršs. Tā kā dzesēšanas laika skala tiek mērīta ar sienas biezuma kvadrātu, samazinot sienas biezumu no 3,0 mm līdz 2,0 mm -, 33% samazinājums - samazina dzesēšanas laiku par aptuveni 56%. Formai, kas darbojas 24/7 lielā apjomā, tā ir pārveidojoša atšķirība ražošanas ekonomikā.

Praktisks piemērs: rotaļlietu automašīnas plastmasas iesmidzināšanas veidnei, kas ražo virsbūves paneļus 3,0 mm sieniņu biezumā, cikla laiks varētu būt 35 sekundes, no kurām 22 sekundes ir dzesēšana. Samazinot līdz 2,0 mm, dzesēšana tiek samazināta līdz aptuveni 10 sekundēm, un kopējais cikla laiks ir aptuveni 23 sekundes - par 34% caurlaidības uzlabojums, ko izraisa konstrukcijas izmaiņas, kuru ieviešana projektēšanas fāzē nemaksā neko, taču, ja to lietotu pēc rīka izgatavošanas, būtu nepieciešams pārstrādāt instrumentus.

Šī iemesla dēļ dizains ražojamībai (DFM) pārskats, kurā ir skaidri norādīts sienu biezums, ir tik vērtīgs: izmaiņas ir bezmaksas projektēšanas stadijā un dārgas pēc instrumentu griešanas.

Polimēru inženierija un zinātne(2020): Sienas biezuma attiecība (maks.:min) bija spēcīgākais atsevišķs deformācijas prognozētājs 85 patērētāju iesmidzināšanas veidnēs. Attiecība, kas ir mazāka par 1,5:1, veidoja vidējo deformāciju 0,12 mm; virs 3:1 vidēji bija 0,61 mm -, kas ir pieckārtīga atšķirība.

Polimēru inženierijas žurnāls(2019. gads): samazinot ribu-līdz -sienas biezuma attiecību no 75% līdz 50%, tika novērstas izlietnes pēdas uz pretējās kosmētiskās virsmas ABS daļās visās pārbaudītajās ģeometrijās, savukārt attiecību palielināšana no 50% līdz 80% radīja redzamas izlietnes pēdas visos gadījumos.

International Journal of Advanced Manufacturing Technology(2021. gads): sienas biezuma samazināšana no 3,0 mm līdz 2,0 mm plaša patēriņa elektronikas korpusa daļā samazināja materiālu izmaksas par 29%, cikla laiku par 38% un deformāciju par 47% -, apstiprinot, ka plānas -sienas dizains, ja tas ir pareizi izpildīts, vienlaikus uzlabo visus trīs galvenos ražošanas rādītājus.

Rotaļlietu ražotājs izstrādāja jaunu līniju 1:18 mērogā die -lietas transportlīdzekļu kopijas ar detalizētiem ABS korpusiem. Sākotnējā daļas projekta nominālais sienas biezums svārstās no 1,2 mm paneļu zonās līdz 4,5 mm konstrukcijas stiprinājuma punktos - attiecība 3,75:1, ko Sunhingstones DFM pārskatā nekavējoties atzīmēja.

4,5 mm stiprinājuma punkti radīja lielas izlietnes pēdas uz redzamās pretējās virsmas, cikla laiks bija 58 sekundes, lai nodrošinātu pietiekamu biezo daļu dzesēšanu, un jumta paneļa deformācija pārsniedza 0,3 mm līdzenuma specifikāciju.

Optimizācijas programma ietvēra trīs izmaiņas:

Biezi stiprinājuma punkti iekšēji tika apvilkti no apakšas, samazinot faktisko sienas biezumu no 4,5 mm līdz 2,2 mm, vienlaikus saglabājot uzgaļa augstumu un konstrukcijas funkcijas.

Pāreja no 2,2 mm izciļņa zonas uz 1,5 mm paneļa zonu tika graduēta virs 8 mm, nevis sākotnējais straujais solis.

Jumta panelim tika pievienotas divas papildu stingrības ribas (0,8 mm biezas, 4,5 mm augstas), lai atjaunotu konstrukcijas stingrību, kas zaudēta, samazinot paneļa biezumu no 1,8 mm līdz 1,5 mm.

Rezultāti: cikla laiks samazināts no 58 līdz 31 sekundei, likvidētas izlietnes pēdas uz kosmētiskajām virsmām, jumta paneļu deformācija samazināta līdz 0,18 mm (specifikācijas ietvaros). Materiāla svars uz detaļu samazināts par 14%, vēl vairāk uzlabojot vienības ekonomiju. Tagad veidne darbojas pilnā tilpumā ar nulles izmēru neatbilstību-sienu-biezumam-saistītiem defektiem.

Sienas biezuma izvēle, kas veikta izstrādājuma projektēšanas fāzē, nosaka cikla laiku, detaļu izmaksas, izmēru kvalitāti un kosmētisko veiktspēju katrai daļai, ko jebkad ražo veidne. Tos ir lēti optimizēt projektēšanas stadijā un dārgi salabot pēc tam, kad ir izstrādāti instrumenti. Iegūstiet pareizos pamatprincipus - konsekvents sienas biezums materiāla-atbilstošos diapazonos, pakāpeniskas pārejas, ribiņas, nevis biezas daļas, lai nodrošinātu stingrību -, un veidne darbojas labi no paša sākuma.

Uzņēmumā Sunhingstones katrs jauns veidņu projekts sākas ar DFM pārskatīšanu, kurā tiek precīzi novērtētas sienu biezuma attiecības, ribu un izciļņu proporcijas un aizpildījuma ceļa ģeometrija. Mūsu pieredze aptver precīzās pārnesumu un mehānisko komponentu veidnes, plaša patēriņa elektronikas korpusus un liela apjoma rotaļlietu un patēriņa preču instrumentus.

Sazinieties tagad

Bralla, JGIzgatavojamības dizaina rokasgrāmata, 2. izdevums. Makgrev-Hils, 1998. gads.

Malojs, RAPlastmasas daļas dizains iesmidzināšanai: ievads. Hanser Publishers, 1994.

Beaumont, JP et al.Veiksmīga iesmidzināšana: process, dizains un simulācija. Hanser Publishers, 2002.

Kim, HS et al. "Sienu biezuma variācijas koeficienta ietekme uz deformāciju iesmidzināšanas veidnēs esošajos patēriņa izstrādājumos."Polimēru inženierija un zinātne, 2020.

Xu, G. et al. "Rievu-līdz-sienas biezuma attiecība un izlietnes pēdu veidošanās ABS iesmidzināšanas veidnēs."Polimēru inženierijas žurnāls, 2019.