Досвідчені дизайнери продуктів глибоко розуміють процес лиття під тиском і враховують численні фактори при проектуванні пластикових деталей. Ця стаття зосереджується на ключових елементах проектування пластикових формованих деталей, таких як товщина стінки, кут осі, ребра, отвори, виступи, замикання, пресування та допуски.
Товщина стінки в дизайні пластикових деталей
Важливо визначити відповідну товщину стінки. Інші характеристики, такі як ребра і радіуси, пов'язані з товщиною стінки. Товщина стінки пластикового виробу залежить від різних факторів, у тому числі зовнішніх сил, які він повинен витримувати, опори для інших компонентів, властивостей пластикового матеріалу, ваги, електричних характеристик, точності розмірів, стабільності та вимог до складання.
Як правило, товщина стінки для термопластичних матеріалів коливається від 1 до 6 мм, причому найбільш поширеною є 2-3 мм. Для деталей більшого-розміру товщина стінки може перевищувати 6 мм. У таблиці 1 наведено рекомендовані значення товщини стінки для різних термопластичних матеріалів.
Рівномірність товщини стінок
Рівномірна товщина стінок є ключовим принципом конструкції пластикових деталей. Не-рівномірна товщина стінок призводить до нерівномірного потоку розплаву та усадки при охолодженні, що призводить до таких дефектів, як сліди раковини, порожнечі, викривлення та навіть тріщини. Крім того, це може спричинити сліди усадки, внутрішню напругу, деформацію, різницю кольорів або зміну прозорості. Надто тонкі стінки можуть знизити міцність і жорсткість деталі під час використання та складання. З економічної точки зору занадто товсті деталі збільшують матеріальні витрати та час виробництва. Більш товсті пластикові поверхні охолоджуються повільніше і можуть залишати сліди від раковини. Рисунок 1 ілюструє розрахунок рівномірної товщини стінки.
Якщо переходу від більш товстої секції до тоншої не уникнути, це має відбуватися поступово, зберігаючи максимальне співвідношення товщини стінки 3:1, як показано на малюнку 2.
У багатьох випадках дизайнери можуть використовувати ребра для зміни товщини стінок. Це не тільки економить матеріал, знижує витрати на виробництво, а й скорочує час охолодження. Час охолодження приблизно пропорційний товщині стінки.
Крім того, розробники також повинні враховувати довжину шляху потоку, тобто відстань, яку проходить розплавлений матеріал від затвора до різних частин порожнини. Як правило, довжина шляху потоку пропорційна товщині стінки. Чим більше товщина стінки, тим довший шлях потоку. Якщо відношення довжини шляху потоку до товщини стінки занадто велике, може виникнути недостатня кількість матеріалу або неповне заповнення далеко від затвора. Тому в деяких випадках може знадобитися збільшення товщини стінки.
Гострі кути
Гострі кути часто призводять до дефектів деталей і концентрації напруги. Ці ділянки схильні до накопичення матеріалу під час наступної-обробки, як-от гальванічного покриття чи фарбування. Концентрація напруги може призвести до руйнування деталі під навантаженням або ударом. Тому в дизайні слід уникати гострих кутів. На малюнку 3 показаний приклад конструкції з гострим кутом.
Міркування щодо кута наближення та напрямку виштовхування
Напрямок викиду та лінія розділення
На початку проектування виробу для ін’єкцій дуже важливо визначити напрямок викиду та лінію розділення. Це зводить до мінімуму потребу в-механізмах бокової дії та зменшує вплив лінії проділу на зовнішній вигляд. Після визначення напрямку виштовхування такі конструкції, як ребра, фіксатори та виступи, слід вирівняти з ним, щоб уникнути бічних-дій, зменшити лінії в’язання та продовжити термін служби форми. Згодом можна вибрати відповідну лінію проділу, щоб покращити зовнішній вигляд і характеристики виробу.
Коли деталь виймається з форми, вона повинна подолати силу виштовхування та силу відкриття. Сила відкривання стосується процесу відділення частини від порожнини. Коли деталь охолоджується у формі, вона стискається, змушуючи стінки отвору щільно захоплювати серцевину. Тертя між деталлю та серцевиною, вакуумна адгезія на дні отворів та інші фактори роблять силу виштовхування набагато більшою, ніж сила відкриття. Надмірна сила виштовхування може спричинити деформацію частини, побіління, зморшки та знос поверхні.
Кут осадки
Кут осадки має вирішальне значення для визначення величини сили виштовхування. Оскільки деталі, виготовлені під тиском, часто прилипають до серцевини (розбірної частини) після охолодження та усадки, використання однакового кута тяги як для порожнини, так і для серцевини забезпечує рівномірну товщину стінки та запобігає прилипанню частини до більш гарячої порожнини після викиду. В особливих випадках, якщо необхідно, щоб деталь прилипла до порожнини після виштовхування, кут осі на сусідній порожнині може бути зменшений або навмисно додано в порожнину підріз.
Немає фіксованого значення кута осадки; зазвичай визначається емпірично. Кут нахилу до 1/8 або 1/4 градуса можна використовувати на полірованих зовнішніх стінах. Для глибших частин або деталей з текстурами кут осідання слід відповідно збільшити. Як правило, на кожні 0,025 мм глибини текстури кут нахилу потрібно збільшити на 1 градус.
Крім того, незважаючи на те, що більші кути тяги зазвичай полегшують виймання деталей, дотримання точності розмірів має першорядне значення. Помилки розмірів, викликані кутом осідання, повинні бути в межах допуску точності. Для деталей з високою усадкою або складною формою слід передбачити більший кут осідання.
Ребра в дизайні пластикових деталей
Міцність пластикової деталі залежить не тільки від збільшення товщини стінки. Насправді збільшення товщини стінки призводить до більшої усадки, що призводить до внутрішніх напруг, які фактично знижують міцність. Ключ до підвищення міцності пластикової деталі полягає в її жорсткості. Це часто досягається поєднанням тонко-конструкції зі стратегічно розташованими ребрами для збільшення модуля пружності перетину.
Міркування щодо конструкції ребра
Однак додавання ребер збільшує товщину на стику з основною стіною. Ця товщина зазвичай визначається діаметром найбільшого вписаного кола, який, у свою чергу, визначається товщиною ребра та радіусом кореня. Для товщини стінки основи 4 мм зміна товщини ребра та радіуса кореня змінює діаметр найбільшого вписаного кола. На рисунку 4 показано, як збільшення локальної товщини стінки може призвести до появи слідів раковини на протилежній поверхні, що впливає на зовнішній вигляд. Раціональна конструкція може зменшити ймовірність вдавлення поверхні, тим самим покращуючи якість деталей.
Аналіз показує, що товщина ребра повинна бути максимально мінімізована в межах певного діапазону. Якщо ребро занадто тонке, його висоту необхідно збільшити, щоб зберегти жорсткість. Однак занадто тонкі ребра можуть призвести до викривлення під час ін’єкції, труднощів із заповненням форми та прилипання до форми. Радіус біля основи ребра не повинен бути занадто малим, щоб уникнути концентрації напруги.
Як правило, радіус кореня ребра повинен становити не менше 40% товщини ребра. Товщина ребра повинна складати від 50% до 75% від товщини стінки основи, причому вищі відсотки застосовуються лише до матеріалів з низькою усадкою. Висота ребра повинна бути менше товщини основи в п'ять разів. Ребра повинні мати кут тяги, а їх орієнтація повинна бути узгоджена з напрямком викиду, або можна використовувати рухомі компоненти форми. Відстань між ребрами повинна бути в два рази більше товщини основи.
Щоб досягти рівномірної жорсткості в усіх напрямках, найпростішим способом є додавання ребер як поздовжньо, так і поперечно, при цьому ребра перетинаються перпендикулярно. Однак це збільшує товщину стінки в місці перетину, що призводить до більшої усадки. Загальним рішенням є додавання круглого отвору на перехресті для формування однакової товщини стінки, як показано на малюнку 5.
Конструкція отворів у пластикових деталях
1. Розташування та міцність отвору
Загальною практикою є використання отворів у пластикових деталях для полегшення складання або для функціональних цілей. В ідеалі розмір і розташування цих отворів не повинні погіршувати міцність виробу або збільшувати складність виготовлення. Ключові міркування:
Відстань між сусідніми отворами або відстань від отвору до найближчого краю має бути принаймні рівним діаметру отвору. Це особливо важливо для отворів біля країв, щоб запобігти поломці. Для різьбових отворів відстань від отвору до краю виробу зазвичай перевищує потрійний діаметр отвору.
2. Види отворів
Отвори бувають різних типів, наприклад наскрізні отвори, глухі отвори та ступінчасті отвори. З точки зору складання, наскрізні отвори є більш поширеними та легшими для обробки, ніж глухі отвори. З точки зору конструкції прес-форми, конструкція для наскрізних отворів простіша. Їх можна сформувати шляхом розміщення стрижнів як на рухомих, так і на нерухомих частинах прес-форми або використанням одного стрижня лише в одній частині. Перший створює дві консольні балки під дією розплавленої пластмаси, але завдяки короткій довжині балки деформація мінімальна. Останній, як правило, утворює просто підтримувану балку з мінімальною деформацією. Якщо використовуються дві жили, їхні діаметри повинні дещо відрізнятися, щоб запобігти зміщенню та забезпечити гладку сполучну поверхню. Глухі отвори, утворені консольними штифтами сердечника, більш схильні до згинання під впливом розплавленого пластику, що призводить до неправильної форми отворів. Як правило, глибина глухого отвору не повинна перевищувати подвоєний діаметр. Для глухих отворів діаметром 1,5 мм або менше глибина не повинна перевищувати діаметр. Товщина стінки на дні глухого отвору має становити принаймні одну-шосту діаметра отвору, щоб уникнути усадки.
3. Бічні отвори
Бічні отвори зазвичай формуються за допомогою бічних стрижнів, що збільшує вартість прес-форми та обслуговування, особливо якщо бічний стрижень довгий і схильний до поломки. Якщо це можливо, проект можна вдосконалити, як показано на малюнку 6, щоб пом’якшити ці проблеми.
Боси в дизайні пластикових деталей
Виступи зазвичай виступають із основної товщини стінки та використовуються для складання продукту, розміщення об’єктів та підтримки інших компонентів. Порожнисті виступи можуть вмістити вставки або гвинти. Ці застосування вимагають, щоб бобини мали достатню міцність, щоб витримувати тиск без розтріскування. Втулки зазвичай мають циліндричну форму, оскільки таку форму легше формувати та вона має кращі механічні властивості.
Інтеграція зі структурою
В ідеалі втулка не повинна бути розроблена як ізольований циліндр, а повинна бути з’єднана із зовнішньою стінкою або використовуватися в поєднанні з ребрами. Такий підхід посилює міцність втулки та сприяє плавному потоку пластикового матеріалу. З’єднання із зовнішньою стіною має бути тонким-стінним з’єднанням, щоб уникнути слідів раковини.
Радіус скруглення в основі, де бобишка з’єднується з підкладкою, має дорівнювати 0,4–0,6 товщини підкладки. Товщина стінки втулки повинна бути від 0,5 до 0,75 товщини основи. Верхня частина втулки повинна бути скошена, щоб полегшити установку гвинтів. Боби також повинні мати кут тяги. Ці вимоги до дизайну подібні до вимог до ребер, тому виступ можна вважати різновидом ребра. Зверніться до малюнків 7 і 8 для цих зв’язків.
Різьбові втулки для-саморізів
Багато бобишок використовуються для з’єднання-саморізів. Внутрішня різьба на цих виступах утворюється за допомогою процесу холодного-лиття, який формує пластик шляхом деформації, а не різання. Розміри різьбових втулок повинні бути достатніми, щоб витримувати зусилля при вкручуванні гвинтів і навантаження, які вони несуть. Діаметр отвору на втулці повинен забезпечувати міцність гвинта за певних умов обертання та вібрації.
Зовнішній діаметр втулки повинен витримувати окружні сили, що виникають під час затягування гвинта, без руйнування. Щоб полегшити введення гвинта, у верхній частині втулки зазвичай передбачено зенкер, діаметр якого трохи перевищує номінальний діаметр гвинта. Розрахунок розмірів боса може бути складним.
Рекомендується спрощений метод оцінки, запропонований на іноземних сайтах і заснований на номінальному діаметрі гвинта. Спочатку визначте матеріал гвинта, а потім, виходячи з відповідного коефіцієнта в таблиці, підставте цей коефіцієнт у номінальний діаметр гвинта, щоб визначити відповідний розмір.
З’єднання-Fit у дизайні пластикових деталей
З’єднання -від фіксації – це зручний, економічний і екологічно чистий спосіб з’єднання. -Компоненти з фіксацією формуються одночасно з продуктом, усуваючи потребу в додаткових кріпильних елементах, як-от гвинти. Збірка передбачає просте з’єднання відповідних частин разом.
Принцип замикання полягає в тому, що виступаюча частина одного компонента натискається на перешкоду на іншому. Цей процес передбачає пружну деформацію; після усунення перешкоди деталь повертається до своєї первісної форми та фіксується на місці, як показано на малюнку 9. З’єднання з фіксацією можуть бути постійними або роз’ємними.
Конструктивно замикання можна класифікувати на консольні, кільцеві та сферичні, як показано на малюнку 10.
Ключові кути та обчислення
Критичні кути
Двома ключовими кутами в -дизайні кріплення є зворотний кут (або кут утримання) і передній-кут. Як правило, більший кут повернення сприяє більш надійній посадці. Коли зворотний кут наближається до 90 градусів, з’єднання з фіксацією стає постійним, як показано на малюнку 11.
