Mitkä ovat ruiskuvalumuottien seinämäpaksuuden suunnittelun vaatimukset?

Ruiskupuristetun osan seinämän paksuus määrittää samanaikaisesti:

Täyttökäyttäytyminen: Ohuilla seinillä on suurempi virtausvastus. Materiaalin täytyy kulkea ohuiden osien läpi ennen jäätymistä, mikä rajoittaa sitä, kuinka kauas portista ohut seinä voi ulottua ennen täyttöä.

Jäähdytysaika: Jäähdytysaika asteikolla seinämän paksuuden neliöllä. Seinämän paksuus kaksinkertaistuu ja jäähdytysaika kasvaa noin nelinkertaiseksi, mikä vaikuttaa suoraan sykliaikaan ja tuotannon taloudellisuuteen.

Kutistuminen ja vääntyminen: Muovi kutistuu jäähtyessään. Paksummat osat jäähtyvät hitaammin ja kutistuvat enemmän kuin ohuemmat. Paksujen ja ohuiden osien vierekkäisissä kohdissa differentiaalinen kutistuminen luo sisäistä jännitystä -, joka näkyy vääntymisenä, vajoamisena tai molempina.

Rakenteellinen suorituskyky: Kantavien ominaisuuksien{0}}vähimmäisseinäpaksuus määräytyy rakenteellisten vaatimusten mukaan. Puhtaasti kosmeettisia ominaisuuksia varten se on asetettu täyttö- ja jäähdytysrajoitusten mukaan.

Vuonna 2020 julkaistu tutkimusPolymeeritekniikka ja tiedehavaitsi, että seinämän paksuuden vaihtelu - erityisesti seinämän maksimipaksuuden suhde minimiin yksittäisessä osassa - oli vahvin yksittäinen vääntymisen ennustaja 85 ruiskupuristetun kulutustuotteen geometrian otoksessa. Osien, joiden seinämän paksuussuhde oli alle 1,5:1, keskimääräinen vääntyminen oli 0,12 mm; osissa, joiden suhteet olivat yli 3:1, keskimääräinen vääntyminen 0,61 mm - viisinkertaistui.

Seinänpaksuussuositukset heijastavat kunkin materiaaliluokan virtausominaisuuksia, kutistumiskäyttäytymistä ja rakenteellisia ominaisuuksia. Nämä vaihteluvälit edustavat tyypillisiä tuotannon-kelpoisia tavoitteita -, eivät absoluuttisia fyysisiä rajoja.

ABS (akryylinitriilibutadieenistyreeni)

Tyypillinen seinämän paksuus: 1,2–3,5 mm, 1,5–2,5 mm on yleisin tuotantoalue.

ABS:llä on hyvät virtausominaisuudet ja suhteellisen alhainen kutistuvuus (0,4–0,8 %), mikä tekee siitä anteeksiantavan kohtalaisen monimutkaisia ​​geometrioita. Se on yleisin kulutuselektroniikan koteloiden materiaali, mukaan lukien hiiren kuoret. Alle 1,2 mm:n seinät ovat saavutettavissa, mutta vaativat huolellisen portin, korkean ruiskutuspaineen ja tarkan lämpötilan hallinnan. Yli 3,5 mm:n jäähdytysajoista tulee pitkiä ja vastakkaisten pintojen uppoamisjälkiä on vaikea poistaa.

Polypropeeni (PP)

Tyypillinen seinämän paksuus:0,8-3,8 mm, 1,5–2,5 mm:n yleiset kulutusosille.

PP virtaa helposti ja kestää ohuita seiniä yksinkertaisissa geometrioissa, mutta sen korkea kutistumisnopeus (1,0–2,5 % laadusta ja kiteisyydestä riippuen) saa aikaan suuremman absoluuttisen kutistumisen kuin ABS. vartenleluauton muovinen ruiskumuottiPP:n iskunkestävyys ja kemiallinen kestävyys tekevät siitä yleisen valinnan, mutta suuri kutistuminen vaatii konservatiivisemman seinämän paksuuden tasaisuuden kuin ABS vääntymisen hallitsemiseksi.

Nylon (PA6 / PA66)

Tyypillinen seinämän paksuus: 0,8–3,0 mm täyttämättömille laaduille; 1,5–4,0 mm lasitäytteisille-versioille.

Nailonin kiteinen luonne tarkoittaa, että se siirtyy sulasta kiinteäksi äkillisemmin kuin amorfiset materiaalit, mikä vaikuttaa sekä täyttökäyttäytymiseen että kutistumiseen. Lasi-vahvistettu PA66 -, joka on yleinen rakenneosissa, kuten moottorin vaihteiston rungoissa ja koteloissa, - kutistuu huomattavasti vähemmän kuin täyttämätön nailon (0,3–0,8 % vs. 1,0–2,0 %), mutta se on herkempi virtauksen suuntautumisvaikutuksille. Seinämän paksuuden tasaisuus on erityisen tärkeää lasitäytetyissä nailonosissa, jotta vältetään kuitujen suuntausgradientit, jotka aiheuttavat anisotrooppista kutistumista.

Polykarbonaatti (PC) ja PC/ABS-sekoitukset

Tyypillinen seinämän paksuus: 1,0–3,5 mm, tiukemmat alueet optisiin tai tarkkuussovelluksiin.

PC:llä on pienempi virtaus kuin ABS:llä ja se vaatii korkeampia ruiskutuspaineita ja muotin lämpötiloja, mikä rajoittaa sitä, kuinka ohuet seinät voivat käytännössä olla täytettäessä. PC:n optista selkeyttä tai iskunkestävyyttä vaativissa hiiren koteloissa tai näytön kehyksissä alle 1,2 mm:n seinät vaativat huolellisen portin sijoittamisen ja virtausanalyysin. PC/ABS-sekoitukset tarjoavat jonkin verran paremman virtauksen kuin puhtaat PC:t samanlaisella iskusuorituskyvyllä, ja niitä käytetään laajalti kulutuselektroniikassa 1,5–3,0 mm:n seinämän paksuudella.

POM (asetaali / polyoksimetyleeni)

Tyypillinen seinämän paksuus:0,8-3,0 mmvakioluokille.

POM on monien tarkkuusmekaanisten komponenttien - materiaali, mukaan lukien jotkin vaihteistotyypit - erinomaisen mittavakauden ja alhaisen kitkakertoimen ansiosta. Sen kiteinen luonne antaa sille terävän jähmettymislämpötilan, mikä tarkoittaa, että ohuet seinät jäätyvät nopeasti, mutta myös portin jäätyminen-on ajoitettava huolellisesti. POM:lla on erittäin alhainen toleranssi seinämän paksuuden vaihtelulle: POM:n differentiaalinen kutistuminen aiheuttaa suuren jäännösjännityksen, joka usein johtaa halkeiluihin käytön aikana eikä näkyvään vääntymiseen tuotannon aikana.

Perustavanlaatuisin seinämänpaksuuden suunnittelusääntö on säilyttää mahdollisimman tasainen seinämän paksuus koko kappaleessa. Tämä periaate on olemassa, koska:

Tasaiset seinät jäähtyvät kaikkialla samalla nopeudella - ei kutistumista, ei sisäisiä jännitysgradientteja

Tasaiset seinät täyttävät samankaltaisen virtausvastuksen kaikkialla - ei suositeltuja virtausreittejä, jotka aiheuttavat kilpailun-seurantaa tai ilmaloukkuja

Tasaisissa seinissä on ennakoitavissa oleva ja tasainen kutistuminen -, jonka muotinvalmistaja voi kompensoida yhdellä kutistumisvaralla asennosta{1}}riippuvien rajoitusten sijaan

Käytännön tavoitteena on pitää seinämän paksuuden vaihtelu suhteessa 1,5:1 (maksimipaksuus minimiin) aina kun mahdollista. Kun osan toiminnalliset vaatimukset vaativat suurempaa vaihtelua, siirtoa tulee hallita huolellisesti.

Valmistuneet siirtymät

Kun seinämän paksuuden täytyy muuttua - esimerkiksi siirryttäessä 3,0 mm:n seinämän rakenteellisesta ulkonemasta ohuelle peittoalueelle 1,5 mm -, muutoksen tulee olla asteittainen vähintään kolminkertainen paksuuseroon nähden, ei äkillisesti. Seinämän paksuuden asteittainen muutos luo jännityskeskittymän siirtymäkohdassa, josta tulee ensisijainen paikka nielujäljeille, hitsauslinjoille ja jännityshalkeilulle käytön aikana.

Vakiotapa on käyttää suippenemista siirtymäalueen yli: jos se on 3,0 mm:stä 1,5 mm:iin, kavenna seinää lineaarisesti vähintään 4,5 mm:n yli (3 × 1,5 mm muutos). Tämä jakaa differentiaalisen kutistumisen siirtymäalueen poikki sen sijaan, että se keskittyisi yhteen pisteeseen.

Kun epätasaiset seinät{0}} ovat tarpeen

Jotkut toiminnalliset vaatimukset todella vaativat eri seinäpaksuuksia eri alueilla. Kotelossa, jonka on kestettävä iskukuormituksia kiinnityskohdissa samalla kun se on kevyt paneelialueilla, on rakennevyöhykkeillä välttämättä paksummat seinät. Näissä tapauksissa:

Suunnittele siirtymät niin vähitellen kuin geometria sallii

Sijoita paksut osat pois kosmeettisista pinnoista, joissa pesuallasjäljet ​​olisivat näkyvissä

Harkitse sisäistä ydintä (paksujen osien kovertaminen ei--kosmeettisesta pinnasta) kiinteän paksun osan muuttamiseksi tasaisemmaksi ohueksi kuoreksi -, joka hallitsee uppoamisjälkiä ja lyhentää jäähdytysaikaa rakenteellista suorituskykyä tinkimättä.

Leluautojen osat kattavat monenlaisia ​​seinänpaksuusvaatimuksia. Runkopaneelit ja suuret rakenneosat ovat tyypillisesti 1,5–2,5 mm ABS- tai PP - paksuja iskunkestävyyden kannalta (tärkeä turvallisuusnäkökohta lastentuotteissa EN 71- ja ASTM F963 -leluturvallisuusstandardien mukaisesti), riittävän ohuita hyväksyttävään kiertoaikaan ja materiaalikustannuksiin.

Pienet koristeelliset piirteet - ikkunat, säleiköt, verhoiluyksityiskohdat - voivat olla jopa 0,8–1,0 mm ohuita ABS:stä asianmukaisella portin sijoittelulla. Pyöräkaaret ja puskurit, joiden täytyy vaimentaa iskuja, ovat tyypillisesti alueen yläpäässä, 2,0–3,0 mm, kun taas katto- ja konepeltipaneeleja voidaan usein pienentää 1,5–2,0 mm:iin jäykistämällä ripoja ihon paksuuden lisäämisen sijaan.

aleluauton muovinen ruiskumuotti, seinämän paksuuden suunnittelussa on otettava huomioon sovellettavien turvallisuusstandardien pudotus-testi- ja törmäysvaatimukset ensimmäisenä rajoitteena, ja sen jälkeen on optimoitava täyttö, jäähdytys ja esteettisyys näiden rajojen sisällä.

Mouse Shell -ruiskumuotti

Kulutuselektroniikkakotelot, kuten hiiren kuoret, käyttävät tyypillisesti ABS- tai PC/ABS-materiaalia 1,5–2,0 mm:n nimellisseinämäpaksuudella. Ohuen-seinämän vaatimuksen taustalla ovat esteettiset mieltymykset (sileä, kevyt tuntu) ja osakustannuksiin kohdistuva kilpailupaine. Kosmeettinen vaatimus - korkea-kiiltävä tai hieno-kuvioinen pinta ilman uppoamisjälkiä - luo voimakasta painetta tasaisuuden saavuttamiseksi, koska mikä tahansa seinämän paksuuden vaihtelu tuottaa näkyvää pinnanlaatua.

a hiiren kuoren ruiskumuotti,Suunnitteluhaasteena on kiinnitysulokkeiden, napsautusominaisuuksien ja ripavahvikkeiden integrointi nimellisesti 1,5 mm:n seinämään ilman, että muodostuu paksuja kohtia, jotka näkyvät uppoamisjälkinä vastakkaiselle kosmeettiselle pinnalle. Peukalosääntö ulokkeiden ja rivan kiinnittämisessä on, että elementin paksuus juuressa ei saa ylittää 60 % nimellisseinämän paksuudesta -, joten 1,8 mm:n vaippaseinässä rivat eivät saa olla tyvessään leveämpiä kuin 1,1 mm.

Moottorivaihteiston ruiskumuotti

Hammaspyöräosat asettavat erilaisen seinämän paksuuden haasteen: hampaan poikkileikkauksen, navan ja niiden välisen uuman rakenteelliset vaatimukset määräytyvät mekaanisen kuormituksen, ei ruiskupuristuksen, mukaan. Muotiinsinöörin tehtävänä on varmistaa, että nämä rakenteellisesti -määritellyt geometriat voidaan tuottaa valitun materiaalin ja muovausprosessin rajoissa.

amoottorin vaihteiston ruiskumuotti POM:ssa tai PA66GF:ssä (lasi-täytetyllä nylonilla) hammaspyörän hampaat ovat tyypillisesti 1,5–3,0 mm paksut jakoympyrässä, ja napa voi olla paksumpi. Kriittinen huolenaihe on navan paksuuden ja radan paksuuden välinen suhde: jos napa on huomattavasti paksumpi kuin raina, differentiaalinen jäähdytys aiheuttaa sisäistä jännitystä, joka voi aiheuttaa navan halkeilua käytössä - vikatila, jonka ilmaantuminen tuotannon jälkeen voi kestää kuukausia, mikä vaikeuttaa diagnosointia.

Yksi tärkeimmistä periaatteista ruiskumuotin osien suunnittelussa on geometristen ominaisuuksien käyttäminen seinämän paksuuden lisäämisen sijaan rakenteellisen jäykkyyden lisäämiseksi. Ripotetulla osalla on paljon paremmat jäykkyyden-/-painon ja jäykkyyden-/-syklin-suhteet kuin vastaavalla litteä-seinämäisellä osalla suuremmalla paksuudella.

Vakiorivan suunnittelusäännöt

Rivan paksuus pohjassa: 40–60 % nimellisseinämän paksuudesta (vastakkaiselle pinnalle uppoamisjälkien estämiseksi)

Rivan korkeus: enintään 3 x seinämän nimellispaksuus

Rivan välinen etäisyys: vähintään 2 × vierekkäisten ripojen välinen nimellisseinämän paksuus

Veto kylkiluiden sivuilla: vähintään 0,5 astetta, mieluiten 1 aste

2,0 mm:n seinäosassa tämä tarkoittaa, että ripojen tulee olla pohjassa 0,8–1,2 mm paksuja, enintään 6,0 mm korkeampia ja vähintään 4,0 mm:n etäisyydellä toisistaan.

Boss Design ruuvikiinnitykseen

Pohjat - lieriömäiset ominaisuudet, jotka hyväksyvät ruuveja tai puristavat-sovittavat sisäosat -, ovat yleinen nielujälkien ja hitsauslinjojen lähde, koska ne luovat paikallisia paksuja osia. Vakioohjeet:

Pohjan ulkohalkaisija: enintään 2 x nimellisseinämän paksuus

Pohjan seinämän paksuus: 40–60 % nimellisseinästä

Pohjan pohja tulee kuljettaa lähimpään seinään, jos mahdollista - tämä jakaa ulokkeen kiinnityskuorman useammalle materiaalille ja vähentää uppoamisjäljen riskiä

Kulmalevyt kulmien vahvistamiseen

Kun kaksi seinää kohtaavat kulmassa ja tarvitaan lisää jäykkyyttä, kulmalevyt vahvistavat seinämän paksuutta lisäämättä. Kierteiden tulee noudattaa samaa paksuussääntöä kuin ripojen (40–60 % nimellisseinämästä) ja niiden pohjassa tulee olla sopivat fileen säteet jännityksen keskittymisen estämiseksi.

Sopivan seinämänpaksuuden mukaisen suunnittelun taloudellinen peruste on yksinkertainen. Koska jäähdytysaika skaalautuu seinämän paksuuden neliössä, seinämän paksuuden pienentäminen 3,0 mm:stä 2,0 mm:iin - 33 %:n vähennys - vähentää jäähdytysaikaa noin 56 %. 24/7 suurella volyymilla toimivalle muotille tämä on muuttava ero tuotantotaloudessa.

Käytännön esimerkki: leluauton muoviruiskumuotissa, joka tuottaa koripaneeleja 3,0 mm:n seinämäpaksuudella, sykliaika voi olla 35 sekuntia, josta 22 sekuntia on jäähdytystä. Pienentäminen 2,0 mm:iin lyhentää jäähdytystä noin 10 sekuntiin, jolloin syklin kokonaisaika on noin 23 sekuntia - 34 % suorituskyvyn parannus suunnittelun muutoksesta, jonka toteuttaminen suunnitteluvaiheessa ei maksa mitään, mutta vaatisi työkalujen uudelleenkäsittelyä, jos sitä käytetään työkalun rakentamisen jälkeen.

Tästä syystä valmistettavuuden (DFM) tarkastus, joka tarkastelee tarkasti seinämän paksuutta, on niin arvokas: muutokset ovat ilmaisia ​​suunnitteluvaiheessa ja kalliita työkalujen leikkaamisen jälkeen.

Polymeeritekniikka ja tiede(2020): Seinänpaksuussuhde (max:min) oli vahvin yksittäinen vääntymisen ennustaja 85 kuluttajaruiskupuristetussa osassa. Suhde, joka oli alle 1,5:1, antoi keskimäärin 0,12 mm:n vääntymisen; yli 3:1 oli keskimäärin 0,61 mm - viisinkertainen ero.

Journal of Polymer Engineering(2019): Rivan -/-seinän paksuussuhteen pienentäminen 75 %:sta 50 %:iin eliminoi uppoamisjäljet ​​vastakkaisella kosmeettisella pinnalla ABS-osissa kaikilla testatuilla geometrioilla, ja suhdetta nostamalla 50 %:sta 80 %:iin tuotti näkyviä uppoamisjälkiä kaikissa tapauksissa.

International Journal of Advanced Manufacturing Technology(2021): Seinäpaksuuden pienentäminen 3,0 mm:stä 2,0 mm:iin kulutuselektroniikan kotelon osassa alensi materiaalikustannuksia 29 %, kiertoaikaa 38 % ja vääntymistä 47 % -, mikä vahvistaa, että ohut{7}}seinärakenne parantaa kaikkia kolmea keskeistä tuotantomittaria samanaikaisesti.

Eräs leluvalmistaja kehitti uutta mallistoa 1:18-mittakaavassa die -valettuja kopioajoneuvoja yksityiskohtaisilla ABS-kuorilla. Alkuperäisen osan suunnittelun nimellinen seinämäpaksuus vaihteli paneelialueiden 1,2 mm:stä 4,5 mm:iin rakenteellisissa kiinnityspisteissä - suhde 3,75:1, jonka Sunhingstones DFM -arviointi merkitsi välittömästi.

4,5 mm:n kiinnityspisteet loivat suuria uppojälkiä näkyvälle vastakkaiselle pinnalle, sykliaika oli 58 sekuntia paksujen osien riittävän jäähtymisen mahdollistamiseksi, ja kattopaneelin vääntyminen ylitti 0,3 mm:n tasaisuusvaatimukset.

Optimointiohjelma sisälsi kolme muutosta:

Paksut kiinnityskohdat sisäpuolelta hylsyttiin alapuolelta, mikä pienensi tehokkaan seinämän paksuuden 4,5 mm:stä 2,2 mm:iin säilyttäen samalla kannan korkeuden ja rakenteellisen toiminnan

Siirtymä 2,2 mm:n kohovyöhykkeestä 1,5 mm:n paneelivyöhykkeelle jaettiin 8 mm:n yli alkuperäisen äkillisen askeleen sijaan

Kaksi ylimääräistä jäykistysrivaa (0,8 mm paksu, 4,5 mm korkea) lisättiin kattopaneeliin palauttamaan rakenteellinen jäykkyys, joka on kadonnut vähentämällä paneelin paksuutta 1,8 mm:stä 1,5 mm:iin.

Tulokset: sykliaika lyhennetty 58 sekunnista 31 sekuntiin, vajoamisjäljet ​​kosmeettisilla pinnoilla poistettu, kattopaneelin vääntyminen vähentynyt 0,18 mm:iin (erittelyn sisällä). Materiaalin paino per osa väheni 14 %, mikä parantaa entisestään yksikön taloudellisuutta. Muotti toimii nyt täydellä tilavuudella, ja seinämän-paksuuteen{8}} liittyvissä virheissä ei ole-mittasuhteita.

Tuotteen suunnitteluvaiheessa tehdyt seinämän paksuusvalinnat määrittävät syklin ajan, osakustannukset, mittojen laadun ja kosmeettisen suorituskyvyn jokaiselle muotin koskaan valmistamalle osalle. Ne ovat halpoja optimoida suunnitteluvaiheessa ja kalliita korjata työkalujen valmistuksen jälkeen. Hanki oikeat perusasiat - tasainen seinämän paksuus materiaalin-oikeissa rajoissa, asteittaiset siirtymät, rivat paksujen osien sijasta jäykkyyden saavuttamiseksi - ja muotti toimii hyvin alusta alkaen.

Sunhingstonesissa jokainen uusi muottiprojekti alkaa DFM-tarkastelulla, joka arvioi nimenomaisesti seinämän paksuussuhteet, rivan ja ulokkeen mittasuhteet sekä täyttöreitin geometrian. Kokemuksemme kattaa tarkkuusvaihteiden ja mekaanisten osien muotit, kulutuselektroniikan kotelot sekä suuren -volyymin lelu- ja kuluttajatuotetyökalut.

Ota yhteyttä nyt

Bralla, JGDesign for Manufacturability Handbook, 2. painos. McGraw-Hill, 1998.

Malloy, RAMuoviosien suunnittelu ruiskuvalua varten: Johdanto. Hanser Publishers, 1994.

Beaumont, JP et ai.Onnistunut ruiskuvalu: prosessi, suunnittelu ja simulointi. Hanser Publishers, 2002.

Kim, HS et ai. "Seinämän paksuuden vaihtelusuhteen vaikutus vääntymiseen ruiskuvalutuotteissa."Polymeeritekniikka ja tiede, 2020.

Xu, G. et ai. "Ruo-/-seinämäpaksuussuhde ja upotusjälkien muodostuminen ABS-ruiskupuristetuissa osissa."Journal of Polymer Engineering, 2019.