Iskusni dizajneri proizvoda posjeduju duboko razumijevanje procesa injekcijskog prešanja i uzimaju u obzir brojne čimbenike u dizajnu plastičnih dijelova. Ovaj se članak usredotočuje na ključne elemente u projektiranju plastičnih lijevanih dijelova, kao što su debljina stijenke, kut nagiba, rebra, rupe, izbočine, uskočne-nasjetke, pritisne nasade i tolerancije.
Debljina stijenke u dizajnu plastičnih dijelova
Od presudne je važnosti odrediti odgovarajuću debljinu stijenke. Druge značajke, kao što su rebra i polumjeri, povezane su s debljinom stijenke. Debljina stijenke plastičnog proizvoda ovisi o različitim čimbenicima, uključujući vanjske sile koje mora izdržati, podršku za druge komponente, svojstva plastičnog materijala, težinu, električnu učinkovitost, točnost dimenzija, stabilnost i zahtjeve za sklapanje.
Tipično, debljina stjenke za termoplastične materijale kreće se od 1 do 6 mm, a najčešće je 2 do 3 mm. Za veće-dijelove debljina stijenke može biti veća od 6 mm. Tablica 1 navodi preporučene vrijednosti debljine stijenke za različite termoplastične materijale.
Ujednačenost debljine stijenke
Jednaka debljina stijenke ključno je načelo u dizajnu plastičnih dijelova. Ne-ujednačena debljina stijenke dovodi do nedosljednog protoka taline i skupljanja pri hlađenju, što rezultira nedostacima kao što su tragovi udubljenja, praznine, iskrivljenje, pa čak i pukotine. Osim toga, može uzrokovati tragove skupljanja, unutarnje naprezanje, deformaciju, razlike u boji ili varijacije prozirnosti. Pretjerano tanke stijenke mogu smanjiti čvrstoću i krutost dijela tijekom upotrebe i sastavljanja. Iz ekonomske perspektive, predebeli dijelovi povećavaju troškove materijala i vrijeme proizvodnje. Deblje plastične površine sporije se hlade i sklone su tragovima utonuća. Slika 1 ilustrira proračun jednolike debljine stijenke.
Ako je prijelaz s debljeg na tanji dio neizbježan, trebao bi biti postupan, održavajući maksimalni omjer debljine stijenke od 3:1, kao što je prikazano na slici 2.
U mnogim slučajevima dizajneri mogu upotrijebiti rebra za promjenu debljine stijenke. Ovo ne samo da štedi materijal, smanjuje troškove proizvodnje, već i skraćuje vrijeme hlađenja. Vrijeme hlađenja je otprilike proporcionalno debljini stijenke.
Nadalje, dizajneri također moraju uzeti u obzir duljinu putanje protoka, što je udaljenost koju rastaljeni materijal putuje od vrata do raznih dijelova šupljine. Obično je duljina putanje protoka proporcionalna debljini stijenke. Što je veća debljina stjenke, duži je put protoka. Ako je omjer duljine protoka i debljine stijenke previsok, može doći do nedovoljno materijala ili nepotpunog punjenja daleko od zasuna. Stoga, u nekim slučajevima može biti potrebno povećanje debljine stijenke.
Oštri uglovi
Oštri kutovi često dovode do oštećenja dijelova i koncentracije naprezanja. Ta su područja sklona nakupljanju materijala tijekom naknadne-obrade kao što je galvanizacija ili bojanje. Koncentracija naprezanja može uzrokovati lom dijela pod opterećenjem ili udarcem. Stoga u dizajnu treba izbjegavati oštre kutove. Slika 3 prikazuje primjer dizajna oštrog kuta.
Razmatranja prilaznog kuta i smjera izbacivanja
Smjer izbacivanja i linija razdvajanja
Na početku dizajna proizvoda za injektiranje ključno je odrediti smjer izbacivanja i liniju razdvajanja. Ovo minimalizira potrebu za-mehanizmom bočnog djelovanja i smanjuje utjecaj linije razdvajanja na izgled. Nakon što se odredi smjer izbacivanja, strukture poput rebara, uskočnih-nasjeda i izbočina trebaju se poravnati s njim kako bi se izbjegle bočne-radnje, smanjile linije pletiva i produžio vijek trajanja kalupa. Nakon toga se može odabrati odgovarajuća linija razdvajanja kako bi se poboljšao izgled i učinkovitost proizvoda.
Kada se dio izvadi iz kalupa, mora nadvladati silu izbacivanja i silu otvaranja. Sila otvaranja odnosi se na proces odvajanja dijela od šupljine. Kako se dio hladi u kalupu, on se skuplja, uzrokujući da stijenke rupe čvrsto stegnu jezgru. Trenje između dijela i jezgre, prianjanje vakuuma na dnu rupa i drugi čimbenici čine silu izbacivanja puno većom od sile otvaranja. Pretjerana sila izbacivanja može uzrokovati deformaciju dijela, izbjeljivanje, naboranje i trošenje površine.
Kut gaza
Kut gaza je kritičan za određivanje veličine sile izbacivanja. Budući da se dijelovi lijevani brizganjem često zalijepe za jezgru (muški dio) nakon hlađenja i skupljanja, korištenje istog kuta provlačenja i na šupljini i na jezgri osigurava jednoliku debljinu stijenke i sprječava da se dio zalijepi za topliju šupljinu nakon izbacivanja. U posebnim slučajevima, ako je potrebno da se dio nakon izbacivanja zalijepi za šupljinu, kut gaza na susjednoj šupljini može se smanjiti ili se u šupljinu može dodati namjerno podrezivanje.
Ne postoji fiksna vrijednost za kut gaza; obično se utvrđuje empirijski. Kut propuha od samo 1/8 ili 1/4 stupnja može se koristiti na visoko poliranim vanjskim zidovima. Za dublje dijelove ili dijelove s teksturom, kut gaza treba povećati na odgovarajući način. Tipično, za svakih 0,025 mm dubine teksture, kut gaza treba povećati za 1 stupanj.
Nadalje, iako veći kutovi nacrta općenito olakšavaju vađenje dijelova iz kalupa, održavanje točnosti dimenzija je najvažnije. Dimenzijske pogreške uzrokovane kutom gaza moraju se držati unutar tolerancije točnosti. Za dijelove s velikim skupljanjem ili složenim oblicima treba razmotriti veći kut gaza.
Rebra u dizajnu plastičnih dijelova
Čvrstoća plastičnog dijela ne ovisi samo o sve većoj debljini stijenke. Zapravo, povećanje debljine stijenke dovodi do većeg skupljanja, što rezultira unutarnjim naprezanjima koja zapravo smanjuju čvrstoću. Ključ poboljšanja čvrstoće plastičnog dijela leži u njegovoj krutosti. To se često postiže kombinacijom strukture tankih-stjenki sa strateški postavljenim rebrima za povećanje modula presjeka.
Razmatranja dizajna rebra
Međutim, dodavanje rebara povećava debljinu na spoju s glavnim zidom. Ta se debljina obično određuje promjerom najvećeg upisanog kruga, koji je pak određen debljinom rebra i radijusom korijena. Za debljinu temeljne stijenke od 4 mm, mijenjanje debljine rebra i polumjera korijena mijenja promjer najvećeg upisanog kruga. Slika 4 pokazuje kako povećana lokalna debljina stijenke može dovesti do tragova udubljenja na suprotnoj površini, što utječe na izgled. Racionalan dizajn može smanjiti vjerojatnost površinskog udubljenja, čime se poboljšava kvaliteta dijela.
Analiza pokazuje da debljinu rebra treba minimizirati što je više moguće unutar određenog raspona. Ako je rebro pretanko, njegova se visina mora povećati kako bi se održala krutost. Međutim, pretjerano tanka rebra mogu dovesti do izvijanja tijekom ubrizgavanja, poteškoća u punjenju kalupa i lijepljenja za kalup. Radijus na dnu rebra ne smije biti premali kako bi se izbjegla koncentracija naprezanja.
Tipično, radijus korijena rebra treba biti najmanje 40% debljine rebra. Debljina rebra treba biti od 50% do 75% debljine temeljne stijenke, s tim da se viši postoci mogu primijeniti samo na materijale s malim skupljanjem. Visina rebra trebala bi biti manja od peterostruke debljine baze. Rebra moraju imati kut gaza, a njihova orijentacija treba biti usklađena sa smjerom izbacivanja ili se mogu koristiti pomične komponente kalupa. Razmak između rebara trebao bi biti veći od dvostruke debljine baze.
Da bi se postigla jednolika krutost u svim smjerovima, najjednostavnija metoda je dodavanje rebara i uzdužno i poprečno, s rebrima koja se sijeku okomito. Međutim, to povećava debljinu stijenke na sjecištu, što dovodi do većeg skupljanja. Uobičajeno rješenje je dodavanje kružne rupe na sjecištu kako bi se formirala jednolika debljina stijenke, kao što je prikazano na slici 5.
Razmatranja dizajna rupa u plastičnim dijelovima
1. Položaj rupe i čvrstoća
Uobičajena je praksa da se u plastične dijelove ugrade rupe radi lakšeg sastavljanja ili u funkcionalne svrhe. U idealnom slučaju, veličina i položaj ovih rupa ne bi smjeli ugroziti čvrstoću proizvoda ili povećati složenost proizvodnje. Ključna razmatranja:
Udaljenost između susjednih rupa ili udaljenost od rupe do najbližeg ruba mora biti najmanje jednaka promjeru rupe. Ovo je posebno važno za rupe blizu rubova kako bi se spriječilo lomljenje. Za rupe s navojem, udaljenost od rupe do ruba proizvoda obično je veća od trostrukog promjera rupe.
2. Vrste rupa
Rupe postoje u različitim vrstama, kao što su prolazne rupe, slijepe rupe i stepenaste rupe. Iz perspektive montaže, prolazne rupe su češće i lakše ih je obraditi od slijepih rupa. Što se tiče dizajna kalupa, struktura za prolazne rupe je jednostavnija. Mogu se oblikovati postavljanjem jezgri na pokretne i fiksne dijelove kalupa ili korištenjem jedne jezgre samo u jednom dijelu. Prvi stvara dvije konzolne grede pod djelovanjem rastaljene plastike, ali zbog kratke duljine grede, deformacija je minimalna. Potonji tipično tvori jednostavno poduprtu gredu, s također minimalnom deformacijom. Kada se koriste dvije jezgre, njihovi promjeri bi se trebali malo razlikovati kako bi se spriječilo neusklađenost i osigurala glatka površina za spajanje. Slijepe rupe oblikovane konzolnim klinovima sklonije su savijanju pod udarom rastaljene plastike, što dovodi do nepravilnih oblika rupa. Tipično, dubina slijepe rupe ne smije biti veća od dvostrukog promjera. Za slijepe rupe promjera 1,5 mm ili manje, dubina ne smije premašiti promjer. Debljina stijenke na dnu slijepe rupe trebala bi biti najmanje jedna-šestina promjera rupe kako bi se izbjeglo skupljanje.
3. Bočne rupe
Bočne rupe obično se oblikuju pomoću bočnih jezgri, što povećava troškove kalupa i održavanja, posebno kada je bočna jezgra duga i sklona lomu. Ako je izvedivo, dizajn se može poboljšati kao što je prikazano na slici 6 kako bi se ublažili ti problemi.
Šefovi u dizajnu plastičnih dijelova
Izbočine obično strše iz glavne debljine zida i koriste se za sastavljanje proizvoda, razmak između objekata i podupiranje drugih komponenti. U šuplje izbočine mogu se smjestiti umetci ili vijci. Ove primjene zahtijevaju da čepovi imaju dovoljno čvrstoće da izdrže pritisak bez pucanja. Izbočine su obično cilindrične jer se ovaj oblik lakše oblikuje i nudi bolja mehanička svojstva.
Integracija sa strukturom
U idealnom slučaju, izbočina ne bi trebala biti dizajnirana kao izolirani cilindar, već bi trebala biti povezana s vanjskom stijenkom ili korištena u kombinaciji s rebrima. Ovaj pristup povećava snagu gazde i pomaže glatkom protoku plastičnog materijala. Veza s vanjskim zidom trebala bi biti tanka -zidna veza kako bi se izbjegle tragove sudopera.
Radijus zaobljenja na bazi gdje se izbočina spaja s podlogom trebao bi biti 0,4 do 0,6 puta debljine podloge. Debljina stjenke izbočine trebala bi biti 0,5 do 0,75 puta veća od debljine podloge. Gornji dio izbočine trebao bi biti skošen kako bi se olakšala ugradnja vijaka. Šefovi također moraju imati kut gaza. Ovi zahtjevi dizajna slični su onima za rebra, tako da se izbočina može smatrati varijacijom rebra. Za ove odnose pogledajte slike 7 i 8.
Izbočine s navojem za-samorezne vijke
Mnoge glave se koriste za spajanje-samoreznih vijaka. Unutarnji navoji na ovim izbočinama formirani su hladnim-postupkom kalupljenja, koji oblikuje plastiku deformacijom, a ne rezanjem. Dimenzije navojnih nastavaka moraju biti dovoljne da izdrže sile umetanja vijaka i opterećenja koja nose. Promjer provrta na izbočini trebao bi osigurati da vijak ostane siguran pod određenim uvjetima zakretnog momenta i vibracija.
Vanjski promjer izbočine mora izdržati obodne sile nastale tijekom zatezanja vijaka bez loma. Kako bi se olakšalo umetanje vijka, obično se na vrhu izbočine nalazi upust, promjera malo većeg od nazivnog promjera vijka. Izračunavanje dimenzija glave može biti složeno.
Preporuča se pojednostavljena metoda procjene, predložena na stranim internetskim stranicama i zasnovana na nazivnom promjeru vijka. Najprije odredite materijal vijka, zatim na temelju odgovarajućeg koeficijenta u tablici zamijenite koeficijent u nazivnom promjeru vijka kako biste odredili odgovarajuću veličinu.
Snap{0}}Fit spojevi u dizajnu plastičnih dijelova
Snap{0}}fit sklop je prikladan, ekonomičan i ekološki prihvatljiv način spajanja. -Komponente koje se mogu uklopiti oblikuju se istovremeno s proizvodom, čime se eliminira potreba za dodatnim zatvaračima poput vijaka. Sastavljanje uključuje jednostavno spajanje odgovarajućih dijelova.
Načelo uskočne-veze uključuje guranje dijela jedne komponente koji strši preko prepreke na drugoj. Ovaj proces uključuje elastičnu deformaciju; nakon što se prepreka ukloni, dio se vraća u svoj izvorni oblik i zaključava na mjestu, kao što je prikazano na slici 9. Uskočne-veze mogu biti trajne ili odvojive.
Strukturno, uskočne spojeve možemo-svrstati u konzolne, prstenaste i sferne tipove, kao što je prikazano na slici 10.
Ključni kutovi i izračuni
Kritični kutovi
Dva ključna kuta u dizajnu u-fita su povratni kut (ili kut zadržavanja) i vodeći-kut. Općenito, veći povratni kut pogoduje sigurnijem prianjanju. Kada se povratni kut približi 90 stupnjeva, uskočna-veza postaje trajna, kao što je prikazano na slici 11.
