Освоение литья под давлением:как преодолеть острые углы с помощью проверенных лучших практик

Острые углы могут придать дизайну определенный вид, но в некоторых производственных процессах они могут сигнализировать о неисправности. Литье под давлением – один из ярких примеров того, как острые края приносят больше проблем, чем пользы.

Если вы внимательно рассмотрели формованные пластиковые детали, вы, возможно, заметили, что острые края встречаются редко. Это не оплошность, а сознательное проектное решение, принятое с учетом течения расплавленного материала, скорости охлаждения и взаимодействия с формой. 

В этой статье рассматриваются проблемы добавления острых углов при литье под давлением, основные типы углов на деталях, отлитых под давлением, а также правила проектирования, которые помогают создавать эстетически и структурно хорошие пластиковые детали. 

Проблемы острых углов при проектировании литья под давлением

Итак, все стало бы намного проще, если бы мы поняли, почему острые углы вызывают проблемы. Ниже приведены основные технические проблемы, что происходит внутри формы/детали во время впрыска и какие дефекты литья под давлением возникают в результате этой проблемы.

Концентрация стресса

Происходит следующее:при приложении нагрузки (механической или во время выталкивания) острые углы заставляют напряжение концентрироваться в небольшой области. Поскольку радиус кривизны очень мал (в идеале нулевой в идеально остром углу), площадь поперечного сечения, противостоящая изгибу, также мала, поэтому местное напряжение намного выше, чем на соседних более плоских сторонах.

Даже при нормальных нагрузках острые углы становятся местами зарождения трещин. Если деталь подвергнется удару, она может сначала сломаться в острых углах. 

Нарушение потока материалов

Во время впрыска расплавленный пластик, попадая в острый внутренний угол, должен резко изменить направление. Это создает локальную турбулентность или «мертвые зоны», где фронт плавления замедляется или останавливается. Эти зоны подвержены скоплению воздуха или незаполненным областям. 

Поскольку поток резко поворачивает, скорость сдвига также увеличивается. Это может привести к локальному нагреву пластика, разрушению молекулярных цепей (особенно в чувствительных полимерах) и снижению механических свойств в этой области.

Проблемы с охлаждением и затвердеванием

После заполнения формы для литья под давлением пластик должен остыть и затвердеть перед извлечением. Острые углы также могут усложнить этот этап. Тонкие стенки, прилегающие к толстым или острым углам, остывают гораздо быстрее или медленнее, создавая внутреннее напряжение, поскольку детали сжимаются по-разному. Было замечено, что коробление, искажение и вмятины часто возникают вокруг углов. 

Более того, острые внутренние углы по сути представляют собой «толстые секции» (две стены встречаются, дополнительный материал), они сохраняют больше тепла, сильнее сжимаются при охлаждении, а затем имеют следы утопления.

Износ пресс-формы и трудности извлечения из формы

Помимо торцевой части, острые кромки литьевых форм сами по себе подвергаются высоким нагрузкам и многократному истиранию. Они быстрее разлагаются, что сокращает срок службы формы и требует более частого обслуживания. 

Аналогичным образом, внешние углы деталей могут мешать выталкивающим штырям или углам освобождения. Деталь может зацепиться, что приведет к повреждению или потребует более высокой силы выталкивания, что приведет к еще большей нагрузке на деталь.

Типы углов и конкретные исправления дизайна

Углы деталей, отлитых под давлением, имеют разную ориентацию и положение. У каждого из них есть свои проблемы, и каждый требует определенной стратегии проектирования (угловые радиусы, уклон, смешивание, выбор инструментов). 

Внутренние углы 

Внутренние углы возникают там, где две стены встречаются внутри полости (например, углубления, карманы). Самая первая проблема:такие узкие углы довольно сложно обрабатывать традиционными методами обработки; нам приходится использовать альтернативные дорогостоящие методы, такие как электроэрозионная обработка, для создания пресс-форм. 

Во-вторых, острые внутренние углы, попадая в поток расплавленного металла, склонны к захвату воздуха из-за неправильного заполнения, что может привести к дефектам конечной детали. 

Исправление дизайна — большой радиус угла вместо острого. Типичный стандарт:внутренний радиус ≥ 0,5 × номинальная толщина стенки. . Однако он не должен быть слишком большим. Внутренний радиус, превышающий ~0,75 × толщину стенки, дает уменьшающуюся отдачу и может вызвать проблемы с утоплением или утолщением сечения.

Внешние углы

Внешние углы — это внешние края детали, где две поверхности встречаются снаружи. Острые внешние углы увеличивают риск сколов, износа формы и несбалансированной усадки – внешняя часть сжимается сильнее. 

В этом случае общим правилом является внешний радиус =внутренний радиус + толщина стенки. . Если прямая кромка необходима для функциональности или эстетики, используйте небольшую фаску вместо угла с нулевым радиусом.

Углы вдоль линии разъема

Линия разъема — это место встречи двух половин формы, обычно около середины детали. Но нет никаких стандартных требований; его можно было разместить где угодно в зависимости от направления выброса и геометрии. Наверное, это единственное место, где при литье под давлением допустимы острые углы.

На линии разъема острая кромка может быть образована естественным путем за счет соприкосновения поверхностей формы без необходимости внутренней механической обработки. Сам раскол определяет угол. Однако если вы добавите дополнительные скругления или закругления на этом интерфейсе, между половинками формы могут возникнуть небольшие зазоры. 

Вот почему проектировщики пресс-форм часто сохраняют углы острыми только на линии разъема и применяют прецизионную обработку или закаленные вставки, чтобы сохранить целостность затвора.

Рекомендации по проектированию острых углов при литье под давлением

Этот раздел представляет собой краткое изложение нашего руководства по проектированию литья под давлением. Мы постарались объяснить, как устранить острые углы при литье под давлением и как следует учитывать другие факторы при проектировании. 

Выбор материала

Свойства материала сильно влияют на то, как ведут себя острые углы при формовке. Если мы говорим об аморфных полимерах, таких как АБС-пластик или полистирол, они лучше растекаются в изделия с острой или более жесткой геометрией, поскольку вязкость расплава относительно однородна. Хотя у них меньше внутренних напряжений в углах, они более склонны к поверхностным дефектам. 

Полукристаллические полимеры (ПП, нейлон) подвержены усадке и короблению, поскольку кристаллические области охлаждаются неравномерно. Их острые углы, как правило, вызывают большее внутреннее напряжение и возможные искажения. Поэтому для таких материалов рекомендуются большие радиусы и более строгие допуски. 

Толщина стенки

Толщина стенок — это самый важный параметр, связанный как с остротой углов, так и с общими характеристиками формования. В идеале дизайнеры рекомендуют сохранять толщину стен как можно более одинаковой на протяжении всего проекта. Потому что, если вы сделаете слишком тонкий слой, расплав может замерзнуть, прежде чем как следует растечется по деталям. Аналогично, стенки толщиной более 4,5 мм также вызывают проблемы с охлаждением.

Вот список рекомендуемых диапазонов толщины стенок для различных материалов, собранный из разных источников:

Материал Рекомендуемая толщина стенки АБС~1,14 – 3,56 мм Полипропилен (ПП)~0,8 – 3,8 мм Поликарбонат (ПК)~1,0 – 4,0 мм Нейлон (PA)~0,76 – 3,0 мм Полиэтилен (ПЭ)~0,76 – 5,08 мм Полистирол (ПС)~1,0 – 4,0 мм 

Приемы геометрии и DFM

Геометрия играет очень важную роль. Необходимо сбалансировать эстетику и функциональность, не забывая при этом о технологичности:острота увеличивает сложность формования, износ инструмента и риск появления дефектов.

Геометрия включает в себя все:форму детали, такие элементы, как ребра, выступы, отверстия, линии разъема, уклон и переходы толщины стенок. От того, как связаны эти геометрии, будет зависеть, практичны ли углы или требуют специальной обработки. Например, размещение острой кромки возле пересечения ребер или рядом с воротами может вызвать локальные проблемы с заполнением или охлаждением.

С точки зрения проектирования для производства (DFM) предположим, что все внутренние и внешние углы будут иметь скругления, если функция не требует иного. DFM стремится к единообразию радиусов одинаковых объектов, чтобы избежать непредсказуемых изменений.

Вам также следует оценить возможности обработки инструмента. Острые внутренние углы часто требуют электроэрозионной обработки; очень маленькие скругления или очень острые внешние углы увеличивают стоимость и износ инструмента. Практика DFM заключается в проектировании углов способами, совместимыми со стандартными возможностями фрезерования/эрозионной обработки, для снижения затрат. 

Услуги RapidDirect по литью под давлением

Проектирование литья под давлением, особенно деталей с острыми углами, представляет собой сложную инженерную задачу. Часто требуется несколько доработок, моделирования и пробных запусков, прежде чем будет достигнут правильный баланс между технологичностью и производительностью.

Если вы инженер или дизайнер продукции и у вас есть детали, готовые к производству, услуги RapidDirect по литью под давлением могут поддержать каждый этап, от прототипирования до полномасштабного производства. Мы также обеспечиваем изготовление пресс-форм по индивидуальному заказу с учетом ваших требований.

Просто загрузите свой файл САПР или концепцию проекта, чтобы получить мгновенное ценовое предложение и подробный анализ DFM. Вы можете выбрать из широкого спектра материалов, отделки и вариантов производства. Благодаря стандартизированным процессам и эффективной обработке образцы Т1 могут быть доставлены всего за две недели.

Короче говоря, если вам нужен надежный производственный партнер или техническое руководство по сложным проектам, проконсультируйтесь с нашей командой инженеров и воплотите свой проект в производство быстрее и с уверенностью.