Советы по проектированию для литья под давлением

Процесс литья под давлением широко используется в крупносерийном производстве, поскольку он производит сравнительно мало брака и имеет высокую повторяемость. Универсальность процесса литья под давлением требует гораздо более широких конструктивных соображений. Большая часть проектных соображений будет сделана на пресс-форме после определения требований к продукту.

Некоторые из факторов, влияющих на конструкцию литья под давлением, включают в себя:как деталь будет использоваться (отдельный продукт или для сборки), ее размеры и механические требования, а также ее способность противостоять таким элементам, как химические вещества или давление. Ниже приведены некоторые важные советы, которые следует учитывать при проектировании для литья под давлением.

1. Тщательно выбирайте материалы, подходящие для вашего дизайна

Различные материалы для литья под давлением обладают различными свойствами. Например, некоторые материалы для литья под давлением обеспечивают большую стабильность размеров, чем другие. Точно так же некоторые лучше сцепляются с клеями, чем другие. Материальный дизайн учитывает следующее:температуру, давление, биологические и химические взаимодействия.

Термопластичные смолы можно разделить на аморфные и полукристаллические. В то время как полукристаллические термопласты обладают лучшей химической и электрической стойкостью, их аморфные аналоги гораздо более стабильны в размерах и более устойчивы к ударам. Выбор материала может повлиять на требуемый уровень допуска или определенные характеристики, например толщину стенки.

	Полукристаллические смолы	Аморфные смолы
Преимущества	• Отлично подходит для подшипников, износа и структурных применений. • Хорошая химическая и электрическая стойкость • Более низкий коэффициент трения	• Хорошо склеивается клеями. • Высокая размерная стабильность • Хорошая ударопрочность
Недостатки	• Трудно склеивать клеем. • Средняя ударопрочность	• Низкое сопротивление усталости и растрескиванию под напряжением

2. Учитывайте допуск детали

На допуски влияет усадка, возникающая в процессе охлаждения. Аморфные материалы, такие как PLA, обычно имеют более жесткие допуски, чем полукристаллические материалы, такие как PEEK.

Жесткие допуски делают производство более дорогим, но они могут быть необходимы для правильной подгонки или функционирования детали, особенно если она используется в сборке.

Мы рекомендуем связаться с вашим поставщиком на этапе проектирования, чтобы обсудить стандарты допуска, которые они используют.

Например, DIN 16901 содержит общую таблицу допусков в качестве справочной информации для различных материалов. Если ваш поставщик использует этот стандарт и вам нужны более жесткие допуски или другие стандарты, он попросит вас предоставить 2D-чертежи.

3. Выберите правильную толщину стенки

Есть несколько ключевых моментов, которые следует учитывать, чтобы убедиться, что вы выбрали правильную толщину стенки для вашей конструкции литья под давлением:

• Более тонкие стенки сокращают время цикла и снижают стоимость вашей детали. Для многих применений достаточно толщины стенки 1,5–2,5 мм, но вы также можете обратиться к рекомендуемой толщине стенки для различных материалов.
• В отличие от деталей, обработанных на станках с ЧПУ, детали, изготовленные методом литья под давлением, имеют постоянную толщину стенок. Если деталь в одной части толще, чем в другой, в этом месте появится утяжка.
• Неравномерная толщина стенок также приводит к деформации, поскольку эти стенки остывают и сжимаются с разной скоростью. Если вам требуется неравномерная толщина, изменение толщины не должно превышать 15% от номинальной толщины стенки и всегда должно иметь плавный или конусообразный переход для достижения высокого качества детали.

Ниже приведены рекомендуемые толщины стенок для различных материалов:

Материал	Рекомендуемая толщина стенки
АБС	1,143 мм – 3,556 мм
Ацеталь	0,762 мм – 3,048 мм
Акрил (ПММА)	0,635 мм – 12,7 мм
Жидкокристаллический полимер	0,762 мм – 3,048 мм
Пластмассы, армированные длинными волокнами	1,905 мм – 27,94 мм
Нейлон	0,762 мм – 2,921 мм
ПК (поликарбонат)	1,016 мм – 3,81 мм
Полиэстер	0,635 мм – 3,175 мм
Полиэтилен (PE)	0,762 мм – 5,08 мм
Полифениленсульфид (PSU)	0,508 мм – 4,572 мм
Полипропилен (ПП)	0,889 мм – 3,81 мм
Полистирол (ПС)	0,889 мм – 3,81 мм
Полиуретан	2,032 мм – 19,05 мм

4. Добавьте углы уклона в свой дизайн

Многие процессы удаления материала, такие как обработка с ЧПУ, могут создавать вертикальные стенки. Однако создание конструкции детали для литья под давлением с вертикальными стенками приведет к застреванию детали, особенно в сердцевине, поскольку деталь сжимается при охлаждении.

Если для выталкивания детали прилагается слишком большое усилие, риск повреждения штифтов выталкивателя и даже пресс-формы становится очень высоким. Спроектируйте стенки деталей с небольшим наклоном, чтобы избежать этой проблемы. Этот наклон называется сквозняком.

Из-за высокой сложности, создаваемой при проектировании, чертеж обычно добавляется на завершающих этапах проектирования детали. Разные поверхности требуют разных сквозняков. Текстурированные поверхности требуют наибольшего сквозняка. Ниже приведены некоторые распространенные поверхности, используемые при литье под давлением, и их минимальные углы уклона.

• Для «почти вертикальных» требований:0,5°
• Наиболее распространенные ситуации:1–2°.
• Все запорные поверхности:3°
• Лица со светлыми текстурами:1–3°
• Лица со средней текстурой:5°+

5. Добавьте ребра и косынки к определенным частям

Для некоторых частей требуются ребра. Ребра и косынки придают деталям дополнительную прочность и помогают устранить косметические дефекты, такие как коробление, раковины и пустоты. Эти особенности необходимы для структурных компонентов. Поэтому предпочтительнее добавлять их в детали, а не увеличивать толщину деталей для повышения прочности.

Однако при неправильном проектировании это может привести к усадке. Усадка происходит, когда скорость охлаждения одних частей намного выше, чем у других, что приводит к постоянному изгибу некоторых секций. Деформацию можно эффективно уменьшить, поддерживая толщину ребра на уровне 50–60 % от толщины стены, к которой оно прикреплено.

6. Добавление радиусов и скруглений в конструкцию детали

Применение радиусов к деталям, когда это возможно, устраняет острые углы, что улучшает поток материала и структурную целостность детали. Острые углы вызывают ослабление детали, поскольку расплавленный материал вытекает через угол или в угол. Единственными местами, где неизбежны острые углы, являются поверхности разъема или запорные поверхности.

Радиусы и скругления также помогают при извлечении детали, поскольку скругленные углы с меньшей вероятностью застревают во время извлечения, чем острые углы. Кроме того, острые углы также не рекомендуются с точки зрения конструкции, поскольку они приводят к точкам напряжения, которые могут выйти из строя. Радиусы помогают сгладить нагрузку на углы.

Кроме того, включение острых углов в вашу деталь экспоненциально увеличит стоимость производства, поскольку для этого потребуется, чтобы пресс-форма имела острые углы, что может быть достигнуто только с использованием очень дорогих производственных технологий.

Добавьте внутренние радиусы как минимум в 0,5 раза больше толщины соседней стены и внешние радиусы в 1,5 раза больше размера.

7. Избегайте подрезок и оставляйте слоты, где это возможно

Щелчковая посадка достигается за счет подрезов. Пресс-форма прямого вытягивания, состоящая из двух половин и представляющая собой наиболее простую конструкцию, не подходит для изготовления деталей с элементами поднутрения. Это связано со сложностью обработки такой пресс-формы на ЧПУ и тенденцией материала застревать при выталкивании.

Поднутрения обычно создаются с помощью боковых стержней. Однако боковые стержни значительно увеличивают стоимость инструмента. К счастью, есть несколько советов по дизайну, позволяющих реализовать функцию поднутрения без использования боковых стержней. Один из способов сделать это — вместо этого ввести слот.

Это также называется сквозным ядром. Другой способ – скорректировать или переместить линию разъема детали. При этом также соответствующим образом отрегулируйте угол уклона. Перемещение линий разъема больше всего подходит для подрезов, которые находятся снаружи детали.

Вы также можете использовать подрезы для зачистки, также называемые выпуклостями. Однако используйте эту функцию только в том случае, если деталь достаточно гибкая, чтобы деформироваться и расширяться во время извлечения из формы.

Кроме того, дайте достаточно места :отбойники должны иметь угол опережения от 30° до 45° для эффективного катапультирования. Все эти альтернативы дорогим боковым сердечникам требуют существенной переработки детали. Когда перепроектирование детали невозможно из-за того, что это может повлиять на функциональность детали, вам необходимо использовать скользящие боковые действия и стержни для устранения поднутрений.

Эти элементы скользят, когда форма закрывается, и выскальзывают, когда она открывается. Боковые стержни должны двигаться перпендикулярно и иметь соответствующие углы наклона.

8. Прикрепите бобышки к боковым стенкам или ребрам

Втулки представляют собой цилиндрические стойки, отлитые в пластиковую деталь, для установки вставки, самореза или штифта для сборки или монтажа деталей.

Внешний диаметр бобышки должен в 2,5 раза превышать диаметр винта для саморезов.

Боссы не должны быть самостоятельными. Всегда прикрепляйте бобышки к боковой стене или к полу с помощью ребер или косынок. Их толщина не должна превышать 60 % от общей толщины детали, чтобы свести к минимуму видимые утяжки на внешней стороне детали.

Например, деталь с наружной стенкой 3 мм должна иметь внутренние ребра толщиной не более 1,7 мм.

9. Стробирование:выделяйте визуально важные поверхности с вашей стороны, где не должно быть никаких следов

Чтобы правильно спроектировать и изготовить вашу деталь с помощью литья под давлением, производителю важно с самого начала понять, каковы ваши требования к ее внешнему виду.

Одним из ключевых моментов, который должен учитывать производитель инструмента, является расположение ворот. Ворота представляют собой входные секции, через которые расплавленный материал поступает в форму. Изготовитель инструмента должен выбрать тип ворот и стратегически расположить их, чтобы свести к минимуму потенциальные проблемы с качеством.

Ворота также оставляют следы ворот или визуальное указание на то, что часть была закрыта, даже если это малозаметно.

Вот почему мы рекомендуем сообщить вашему поставщику о любых эстетических и функциональных требованиях и указать, где не следует ограничиваться.

Создавайте детали для литья под давлением и получайте их с помощью Xometry

В Xometry Europe мы предлагаем услуги литья под давлением из более чем 30 материалов, таких как пластмассы, синтетический и силиконовый каучук и эластомеры. Просто зайдите в наш механизм расчета цен, чтобы загрузить свою модель и выбрать детали, чтобы получить расчет стоимости в течение 24 часов.