Избегайте 15 распространенных ошибок при проектировании литья под давлением – практические решения

Литье под давлением, усовершенствованная версия литья под давлением металла, является одним из наиболее экономичных методов массового производства деталей из термопластов. Успех этого эффективного процесса зависит от конструкции пресс-формы. Даже незначительная ошибка при проектировании литья под давлением может привести к серьезным дефектам, которые сделают детали нефункциональными.  

Чтобы помочь дизайнерам и разработчикам продукции, в этом руководстве освещаются 15 распространенных ошибок при проектировании литья под давлением, их потенциальные последствия и практические стратегии по их раннему устранению, прежде чем они приведут к дорогостоящим дефектам или задержкам производства.

Недостатки геометрической конструкции литьевой формы

Физические характеристики являются одной из основных областей, где вероятность ошибок при литье под давлением выше. Дизайнеры продуктов, даже опытные, могут допускать ошибки, если не осознают присущих процессу ограничений. Для геометрических объектов необходимо соблюдать стандартные рекомендации по проектированию литья под давлением, чтобы избежать дорогостоящих изменений.

Неодинаковая или неправильная толщина стенок

Толщина стенок напрямую влияет на поток материала, скорость охлаждения и структурную целостность. Если толщина стенок детали слишком сильно различается, это может привести к неравномерной скорости охлаждения. Это приводит к появлению видимых дефектов, таких как вмятины. , где более толстые области остывают медленнее и сжимаются внутрь. Деформация является еще одним следствием разницы в скорости охлаждения.

Эксперты по дизайну предлагают обеспечить одинаковую толщину стен. . Что касается минимальной толщины стены, то ее необходимо выбирать в соответствии со свойствами материала. В таблице приведены некоторые рекомендуемые минимальные толщины стенок для различных материалов, используемых для литья под давлением, что позволит вам избежать ошибок при проектировании стенок при проектировании литья под давлением.

Материал Средняя толщина стенки (мм) Поликарбонат2,41 ммАБС2,35 ммНейлон1,84 ммПолиэтилен2,93 ммПолипропилен2,79 ммПолиуретан10,55 ммПолистирол2,34 мм

При этом не должно быть резкого изменения толщины срезов. В идеале тонкие секции должны составлять около 40–60 % от более толстых. . 

Недостаточные углы уклона

Осадка — это небольшая конусность вертикальных стен. Его основное предназначение – безопасное извлечение готовой детали из формы. Если угол уклона не соблюден, извлечение становится затруднительным, и деталь, скорее всего, будет повреждена во время извлечения. 

Стандартной отраслевой практикой является обеспечение осадки не менее 1 градуса на каждую сторону . на каждый дюйм (25,4 мм) глубины полости. Для текстурированных поверхностей часто рекомендуется дополнительный уклон, дополнительные 1,5 градуса на 0,025 мм (0,001 дюйма) глубины текстуры. 

Использование острых углов

По возможности следует избегать острых углов. В процессе формования пластиковый материал затекает в полость под высоким давлением впрыска, а острые углы нарушают этот поток, что приводит к неравномерному заполнению и образованию воздушных ловушек. Более того, эти углы являются концентраторами напряжений и склонны к растрескиванию при снятии. С точки зрения производства также сложно изготовить форму с острыми углами.

Решение проблемы — использование скруглений для распределения напряжения . равномерно и дайте пластику плавно растекаться в форме. Для внутренних углов радиус скругления должен примерно в 0,5 раза превышать толщину прилегающей стены . Для наружных она должна быть примерно в 1,5 раза больше толщины стены. 

Неправильный дизайн ребер

Ребра представляют собой тонкие армированные конструкции, проходящие перпендикулярно основным стенкам детали. Их роль заключается в повышении структурной целостности деталей с относительно тонкими стенками. Они также сокращают общий расход материала. 

Во избежание дефектов высота ребер не должна превышать трехкратную номинальная толщина стенки; Слишком высокие ребра могут привести к образованию раковин, пустот и затруднений при заполнении формы. А толщина ребер рекомендуется составлять около 40–60 % от номинальной толщины стенки. для предотвращения чрезмерной усадки и концентрации напряжений. 

Проблема с подрезами

Подрезы — это выступы или углубления на боковой стороне детали. Хотя подрезы могут повысить функциональность или, возможно, улучшить эстетику, они усложняют конструкцию пресс-формы и значительно увеличивают производственные затраты. И даже извлечение детали становится затруднительным, если используются поднутрения.

В идеале спроектируйте деталь, исключающую использование подрезов. Однако, если их нужно проектировать, они должны быть параллельны линии чертежа. А для выталкивания отформованной детали можно использовать специальные механизмы, такие как подъемники или ползунки. В этом посте вы можете прочитать больше о методах эффективного использования поднутрений при литье под давлением.

Проблемы выбора материала

Дизайн – это не только физическая форма; Выбор материала также имеет свою роль. Вот как выбор материала может повлиять на конечный результат изделия. 

Выбор несовместимых материалов

Поскольку известно, что материал впрыскивается в расплавленном состоянии, он должен течь и заполнять полость. Характеристики текучести сильно различаются от материала к материалу. При проектировании детали, отлитой под давлением, необходимо учитывать эти свойства текучести, а также скорость усадки.

Кристаллические материалы, такие как полипропилен (ПП) и полиэтилен (ПЭ), обычно имеют более высокую степень усадки (от 1,5% до 3%) по сравнению с аморфными материалами, такими как АБС или полистирол (от 0,2% до 0,7%). Если в расчетной детали не учитываются эти значения усадки, размеры детали могут быть неправильными, что приведет к плохой посадке и короблению.

Другая серьезная проблема возникает при попадании примесей или несовместимых материалов. Загрязнения, такие как пыль, влага, масла или переработанный (переизмельченный) материал, смешанный с первичной смолой, могут разрушить полимерную матрицу, что приведет к образованию слабых мест и дефектов поверхности.

Недостатки конструкции ворот и вентиляционных отверстий

Размеры и расположение ворот и вентиляционных отверстий являются еще одним ключевым аспектом среди различных ошибок проектирования литья под давлением, которые напрямую влияют на конечный результат. Любая ошибка в конструкции ворот часто недооценивается на ранних этапах разработки продукта. Вот как они должны быть спроектированы:

Неправильный размер ворот

Размер литника определяет, насколько быстро и эффективно расплавленный пластик попадает в полость. Если затвор слишком мал, он может ограничить поток, что приведет к неполному заполнению (короткие удары), высоким напряжениям сдвига и видимым линиям сшивки. С другой стороны, ворота слишком большого размера могут вызвать чрезмерную засветку (когда материал просачивается в линии разъема). Выберите размер ворот примерно на 50–80 % от номинальной толщины стенки детали . Например, для стены толщиной 2 мм обычно используется затвор толщиной 1–1,6 мм.

Существуют также разные типы ворот, правильный выбор которых также имеет решающее значение. Выбирайте в зависимости от геометрических свойств формы и используемого материала. Например, краевой затвор является наиболее экономичным вариантом для более толстых сечений и хорошо работает с большинством типов смол. 

Расположение ворот также имеет значение. Размещайте ворота подальше от важных косметических поверхностей, чтобы избежать следов.

Недостаточная вентиляция

Вентиляция позволяет захваченному воздуху и газам выходить из полости по мере заполнения формы. Без надлежащей вентиляции воздушные карманы могут попасть в ловушку, вызывая следы подгораний, пустоты, неполное заполнение или даже проблемы с выбросом деталей. Иногда попавшие в ловушку мои детали воспламеняются и обесцвечиваются. 

Лучший подход к проектированию – добавление вентиляционных отверстий в конце областей заполнения . (например, ребра, углы) и вдоль линий разъема. Для большинства материалов используйте вентиляционные отверстия глубиной 0,01–0,03 мм.

Неспособность привлечь поставщика производственных услуг или не учесть стандартные отраслевые методы литья под давлением на этапе проектирования приводит к серьезным проблемам с технологичностью. Две наиболее распространенные ошибки в этой области:

Неучет размещения линии разъема

Линия разъема — это разделительная поверхность, где встречаются две половины формы, стержня и полости. Неправильное размещение этой линии может отрицательно сказаться на внешнем виде детали и привести к появлению дефектов. Одной из распространенных проблем является вспышка, когда расплавленный пластик выходит через небольшой зазор между половинками формы, образуя тонкие нежелательные ребра на готовой детали.

Чтобы минимизировать визуальные дефекты, линии разъема в идеале должны располагаться вдоль острых краев или естественные переходы в геометрии, где они менее заметны. Современные инструменты САПР часто включают функции анализа линий разъема, которые могут помочь дизайнерам оптимизировать размещение на ранних этапах процесса проектирования.

Создание элементов, которые невозможно отлить или обработать на станке

Проблемы также возникают, когда дизайнеры включают элементы, которые невозможно или чрезвычайно сложно отлить или обработать на станке. Например, если вы включаете глубокие или сложные подрезы, сложную внутреннюю геометрию или чрезвычайно тонкие стенки, которые невозможно надежно сформировать или извлечь. Для реализации таких функций могут потребоваться усовершенствованные инструментальные решения, такие как боковые действия, подъемники или складные сердечники. Идея состоит в том, чтобы оставаться ближе к стандартным опциям и избегать любых второстепенных функций, чтобы сэкономить деньги и время.

Осложнения, связанные с допуском и точностью

В поисках идеальных деталей конструкторы часто попадают в ловушку, требуя чрезвычайно жестких допусков и сложной геометрии. Чрезмерная оптимизация точности может вызвать проблемы с технологичностью, что приведет к нескольким ошибкам при литье под давлением. 

Указание излишне жестких допусков

При литье под давлением достигаются допуски на размеры в диапазоне около ±0,1 мм (0,004 дюйма) для большинства характеристик. Проектирование деталей с допусками, более жесткими, чем этот стандарт, не только увеличивает затраты на оснастку и производственный процесс, но также увеличивает риск бракования детали. 

Когда допуски установлены слишком узко, пресс-формы становятся более сложными и дорогостоящими в производстве, а поддержание этих допусков во время производства становится сложной задачей.

Поэтому лучше всего проектировать детали с реалистичными допусками, которые соответствуют возможностям литья под давлением. Более жесткие допуски сохраняются только для критических элементов или сопрягаемых поверхностей. В противном случае большинство деталей могут функционировать со стандартными допусками.  

Отделка поверхности и эстетические дефекты

Мы уже столкнулись с множеством проблем при проектировании, которые в конечном итоге вызывают эстетические проблемы в деталях, отлитых под давлением. Вот некоторые важные из них, требующие отдельного объяснения.

Следы от раковин на косметических поверхностях

Вмятины — это неглубокие углубления/ямочки, которые появляются на поверхности формованных деталей, особенно в областях, где материал толще. Эти следы являются прямым результатом неравномерного охлаждения, то есть, когда внешняя поверхность затвердевает до того, как внутренний материал полностью остынет и сожмется, поверхность может прогнуться, оставив видимые пятна. 

Следы раковин возникают из-за неравномерной толщины стенок, плохой конструкции ребер или недостаточного давления уплотнения во время формования. Чтобы избежать этого дефекта, совет по проектированию должен обеспечивать равномерную толщину стенок, минимизировать толстые секции и обеспечивать оптимизацию параметров процесса для равномерного охлаждения и достаточной упаковки.

Отметки штифтов на воротах или выталкивателях

Следы ворот и выталкивающих штифтов — это небольшие дефекты, оставленные на той части, где расплавленный пластик попал в форму (ворота) или там, где штифты выталкивали деталь из формы (выталкивающие штифты). В большинстве случаев это неизбежно; однако их видимость можно свести к минимуму за счет продуманного дизайна. 

Их можно считать конструктивными дефектами в том смысле, что их положение не было учтено при проектировании. Правильный выбор ворот и размещение их на некосметических поверхностях может решить проблему. 

Остаток врат

Остаток ворот — это небольшой выступ или шрам, оставшийся на детали после обрезки или отлома ворот после формовки. Хотя иногда очевидные следы и незначительны, они могут быть неприглядными или мешать прилеганию и функционированию детали, особенно в сборках с жесткими допусками или видимыми поверхностями. 

Остаток ворот — это конструктивный дефект, когда тип или расположение ворот выбраны не с учетом внешнего вида и удобства использования после формовки. Чтобы свести к минимуму остатки ворот, проектировщики могут использовать типы ворот, которые позволяют автоматически обрезать (например, туннельные или дополнительные ворота), размещать ворота на скрытых или некритических поверхностях и уточнять параметры процесса, чтобы обеспечить чистое разделение во время выброса.

Трудности постобработки

Путешествие детали, отлитой под давлением, не заканчивается после того, как она покидает форму. Чтобы попасть к потребителю, он должен пройти некоторую сборку, возможно, отделку или упаковку. Конструкция пресс-формы должна быть разработана с учетом этих этапов постобработки. 

Соблюдение требований к упаковке и доставке

Упаковка и доставка — важнейшие этапы, которые защищают детали от повреждений еще до того, как они достигнут потребителя. Конструкции, в которых не учитываются ограничения упаковки, такие как хрупкость деталей, возможность штабелирования или подверженность истиранию, приводят к повреждению товаров. Например, тонкостенные или хрупкие элементы могут сломаться во время обращения, если они не будут должным образом поддерживаться или смягчаться. 

Сводная таблица:распространенные ошибки при проектировании литья под давлением и рекомендации

Небольшое отклонение в проектных параметрах или небольшая ошибка в конструкции литья под давлением могут стать причиной нарушения функциональности отливаемых изделий. В таблице ниже приведены типичные ошибки и контррекомендации. 

Ошибка дизайна Встречная рекомендация Непостоянная или неправильная толщина стенок. Сохраняйте одинаковую толщину стенки и 40–60 %, если имеется переход между толстой и тонкой стенками. Недостаточные углы уклона. Минимальный уклон 1° на каждую сторону. Острые углы. подъемники/ползунки при необходимости. Выбор несовместимых материалов. Учитывайте свойства материала, такие как текучесть, усадка и т. д. Неправильный размер ворот. Размер ворот:50–80 % толщины стены. Расположение ворот. Располагайте ворота вдали от косметических зон. Недостаточная вентиляция. Сохраняйте вентиляционные отверстия глубиной 0,01–0,03 мм. Размещение линии разъема. Размещайте линии разъема по краям или используйте естественные переходы. Изготовление элементов. Придерживайтесь геометрические формы формования и пределы стандартных инструментов. Жесткие допуски. Производственные допуски (типичное значение ± 0,1 мм), если в этом нет абсолютной необходимости. Метки раковины. Проектируйте стены одинаковой толщины и гарантируйте, что форма может охлаждаться равномерно.

Как RapidDirect может помочь избежать дорогостоящих ошибок при проектировании литья под давлением

Если вы владелец продукта или разработчик с дизайнерским проектом, вы можете избежать ошибок при проектировании литья под давлением, следуя проверенным рекомендациям по проектированию и избегая распространенных ошибок при проектировании литья под давлением, которые допускают многие другие. 

Однако еще эффективнее получить техническую поддержку от такого поставщика услуг, как RapidDirect, который имеет практический опыт в сфере услуг по литью под давлением и сотни раз превращает конструкции в функциональные продукты. 

RapidDirect может стать вашим надежным партнером в области литья под давлением, независимо от того, нужно ли вам несколько партий прототипов или полномасштабное производство. У нас есть специальная команда инженеров, которые хорошо разбираются в каждом этапе процесса литья под давлением, от ранней проверки проекта до окончательного производства. Сотрудничая с нами, вы сможете заранее выявить потенциальные проблемы, сократить количество доработок и быстрее и с большей уверенностью вывести свой продукт на рынок.