Designerii de produse cu experiență posedă o înțelegere profundă a procesului de turnare prin injecție și iau în considerare numeroși factori în proiectarea pieselor din plastic. Acest articol se concentrează pe elementele cheie în proiectarea pieselor turnate din plastic, cum ar fi grosimea peretelui, unghiul de tragere, nervurile, găurile, boșurile, fixarea-snap, fixarea prin presare și toleranțele.
Grosimea peretelui în designul piesei din plastic
Determinarea grosimii adecvate a peretelui este crucială. Alte caracteristici, cum ar fi nervurile și razele, sunt legate de grosimea peretelui. Grosimea peretelui unui produs din plastic depinde de diverși factori, inclusiv forțele externe pe care trebuie să le suporte, suportul pentru alte componente, proprietățile materialului plastic, greutatea, performanța electrică, precizia dimensională, stabilitatea și cerințele de asamblare.
De obicei, grosimea peretelui pentru materialele termoplastice variază de la 1 la 6 mm, 2 până la 3 mm fiind cea mai comună. Pentru piese de dimensiuni mai mari-, grosimea peretelui poate depăși 6 mm. Tabelul 1 listează valorile recomandate ale grosimii peretelui pentru diferite materiale termoplastice.
Uniformitatea grosimii peretelui
Grosimea uniformă a peretelui este un principiu cheie în proiectarea pieselor din plastic. Grosimea ne-uniformă a peretelui duce la un flux inconsecvent de topire și o contracție la răcire, ceea ce duce la defecte precum urme de scufundare, goluri, deformare și chiar crăpare. În plus, poate provoca urme de contracție, tensiuni interne, deformare, diferențe de culoare sau variații de transparență. Pereții excesiv de subțiri pot reduce rezistența și rigiditatea piesei în timpul utilizării și asamblarii. Din punct de vedere economic, piesele prea groase cresc costurile materialelor și timpul de producție. Zonele mai groase din plastic se răcesc mai lent și sunt predispuse la urme. Figura 1 ilustrează proiectarea uniformă a grosimii peretelui.
Dacă o tranziție de la o secțiune mai groasă la una mai subțire este inevitabil, aceasta ar trebui să fie graduală, menținând un raport maxim de grosime a peretelui de 3:1, așa cum se arată în Figura 2.
În multe cazuri, designerii pot utiliza nervuri pentru a modifica grosimea peretelui. Acest lucru nu numai că economisește material, reduce costurile de producție, dar și scurtează timpul de răcire. Timpul de răcire este aproximativ proporțional cu grosimea peretelui.
În plus, proiectanții trebuie să ia în considerare și lungimea căii de curgere, care este distanța pe care materialul topit o parcurge de la poartă la diferite părți ale cavității. De obicei, lungimea căii de curgere este proporțională cu grosimea peretelui. Cu cât grosimea peretelui este mai mare, cu atât este mai lungă calea curgerii. Dacă raportul dintre lungimea căii de curgere și grosimea peretelui este prea mare, poate apărea material insuficient sau umplere incompletă departe de poartă. Prin urmare, în unele cazuri, poate fi necesară creșterea grosimii peretelui.
Colțuri ascuțite
Colțurile ascuțite duc adesea la defecte ale pieselor și la concentrarea tensiunilor. Aceste zone sunt predispuse la acumularea de material în timpul-post-procesării, cum ar fi galvanizarea sau vopsirea. Concentrarea tensiunilor poate cauza ruperea piesei sub sarcină sau impact. Prin urmare, colțurile ascuțite ar trebui evitate în proiectare. Figura 3 prezintă un exemplu de design de colț ascuțit.
Considerații pentru unghiul de apropiere și direcția de evacuare
Direcția de evacuare și linia de despărțire
La începutul proiectării produsului de injecție, este crucial să se determine direcția de evacuare și linia de despărțire. Acest lucru minimizează nevoia de mecanisme-de acțiune laterală și reduce impactul liniei de despărțire asupra aspectului. Odată ce direcția de evacuare este determinată, structurile cum ar fi nervurile, strângerea-și proeminențele trebuie aliniate cu aceasta pentru a evita acțiunile-laterale, pentru a reduce liniile de tricotare și pentru a prelungi durata de viață a matriței. Ulterior, poate fi aleasă o linie de despărțire adecvată pentru a îmbunătăți aspectul și performanța produsului.
Când o piesă este scoasă din matriță, aceasta trebuie să învingă forța de ejectare și forța de deschidere. Forța de deschidere se referă la procesul de separare a piesei de cavitate. Pe măsură ce piesa se răcește în matriță, aceasta se micșorează, făcând ca pereții găurilor să prindă strâns miezul. Frecarea dintre piesă și miez, aderența în vid în partea inferioară a găurilor și alți factori fac ca forța de ejectare să fie mult mai mare decât forța de deschidere. Forța de ejectare excesivă poate cauza deformarea pieselor, albirea, încrețirea și uzura suprafeței.
Unghiul de proiectare
Unghiul de tiraj este critic în determinarea mărimii forței de ejectare. Deoarece piesele turnate prin injecție se lipesc adesea de miez (partea tată) după răcire și micșorare, utilizarea aceluiași unghi de tragere atât pe cavitate, cât și pe miez asigură o grosime uniformă a peretelui și împiedică lipirea piesei de cavitatea mai fierbinte după ejectare. În cazuri speciale, dacă este necesar ca piesa să se lipească de cavitate după ejectare, unghiul de tragere pe cavitatea adiacentă poate fi redus sau se poate adăuga o tăietură intenționată în cavitate.
Nu există o valoare fixă pentru unghiul de pescaj; este de obicei determinată empiric. Un unghi de tiraj de 1/8 sau 1/4 de grad poate fi folosit pe pereții exteriori foarte lustruiți. Pentru părțile mai adânci sau părțile cu texturi, unghiul de pescaj trebuie mărit corespunzător. De obicei, pentru fiecare 0,025 mm de adâncime a texturii, unghiul de pescaj trebuie mărit cu 1 grad.
În plus, deși unghiurile de tiraj mai mari facilitează, în general, deformarea pieselor, menținerea preciziei dimensionale este esențială. Erorile dimensionale cauzate de unghiul de tiraj trebuie menținute în toleranța de precizie. Pentru piesele cu contracție mare sau forme complexe, ar trebui luat în considerare un unghi de tiraj mai mare.
nervuri în design de piese din plastic
Rezistența unei piese din plastic nu depinde numai de creșterea grosimii peretelui. De fapt, creșterea grosimii peretelui duce la o contracție mai mare, rezultând tensiuni interne care reduc efectiv rezistența. Cheia pentru îmbunătățirea rezistenței unei piese din plastic constă în rigiditatea acesteia. Acest lucru se realizează adesea prin combinarea unei structuri de perete-subțire cu nervuri plasate strategic pentru a crește modulul de secțiune.
Considerații pentru proiectarea nervurilor
Cu toate acestea, adăugarea nervurilor crește grosimea la joncțiunea cu peretele principal. Această grosime este determinată de obicei de diametrul celui mai mare cerc înscris, care, la rândul său, este determinat de grosimea nervurii și de raza rădăcinii. Pentru o grosime a peretelui de bază de 4 mm, variarea grosimii nervurii și a razei rădăcinii modifică diametrul celui mai mare cerc înscris. Figura 4 arată modul în care grosimea locală crescută a peretelui poate duce la urme de scufundare pe suprafața opusă, afectând aspectul. Un design rațional poate reduce probabilitatea depresiunii suprafeței, îmbunătățind astfel calitatea pieselor.
Analiza arată că grosimea unei nervuri trebuie redusă la minimum pe cât posibil într-un anumit interval. Dacă coasta este prea subțire, înălțimea acesteia trebuie mărită pentru a menține rigiditatea. Cu toate acestea, nervurile prea subțiri pot duce la flambaj în timpul injectării, dificultăți în umplerea matriței și lipirea de matriță. Raza de la baza nervurii nu trebuie să fie prea mică pentru a evita concentrarea stresului.
De obicei, raza rădăcinii unei nervuri ar trebui să fie de cel puțin 40% din grosimea nervurii. Grosimea nervurii ar trebui să fie de 50% până la 75% din grosimea peretelui de bază, cu procente mai mari aplicabile numai materialelor cu contracție scăzută. Înălțimea nervurii trebuie să fie mai mică de cinci ori grosimea bazei. Nervurile trebuie să aibă un unghi de tiraj, iar orientarea lor trebuie să fie aliniată cu direcția de evacuare, sau pot fi utilizate componente mobile ale matriței. Distanța dintre coaste trebuie să fie mai mare de două ori grosimea bazei.
Pentru a obține o rigiditate uniformă în toate direcțiile, cea mai simplă metodă este să adăugați nervuri atât longitudinal, cât și transversal, cu nervurile intersectându-se perpendicular. Cu toate acestea, acest lucru crește grosimea peretelui la intersecție, ceea ce duce la o contracție mai mare. O soluție comună este adăugarea unui orificiu circular la intersecție pentru a forma o grosime uniformă a peretelui, așa cum se arată în Figura 5.
Considerații de proiectare pentru găurile din piesele din plastic
1. Locația și rezistența găurii
Este o practică obișnuită să se încorporeze găuri în piesele din plastic pentru ușurință de asamblare sau în scopuri funcționale. În mod ideal, dimensiunea și locația acestor găuri nu ar trebui să compromită rezistența produsului sau să crească complexitatea producției. Considerații cheie:
Distanța dintre găurile adiacente sau distanța de la o gaură la cea mai apropiată margine trebuie să fie cel puțin egală cu diametrul găurii. Acest lucru este deosebit de important pentru găurile din apropierea marginilor pentru a preveni spargerea. Pentru găurile filetate, distanța de la orificiu până la marginea produsului este de obicei mai mare de trei ori diametrul găurii.
2. Tipuri de găuri
Găurile sunt de diferite tipuri, cum ar fi găuri traversante, găuri oarbe și găuri în trepte. Din perspectiva asamblarii, găurile traversante sunt mai comune și mai ușor de prelucrat decât găurile oarbe. În ceea ce privește designul matriței, structura pentru găurile traversante este mai simplă. Ele pot fi formate prin plasarea miezurilor atât pe părțile mobile, cât și pe cele fixe ale matriței, sau prin utilizarea unui singur miez într-o singură parte. Primul creează două grinzi cantilever sub acțiunea plasticului topit, dar datorită lungimii mici ale grinzilor, deformarea este minimă. Acesta din urmă formează de obicei o grindă susținută simplu, cu deformare minimă. Când se folosesc două miezuri, diametrele lor ar trebui să fie ușor diferite pentru a preveni alinierea greșită și pentru a asigura o suprafață netedă de împerechere. Găurile oarbe formate de știfturi de miez cantilever sunt mai predispuse la îndoire sub impactul plasticului topit, ducând la forme neregulate ale găurilor. De obicei, adâncimea unei găuri oarbe nu trebuie să depășească de două ori diametrul acesteia. Pentru găurile oarbe cu un diametru de 1,5 mm sau mai puțin, adâncimea nu trebuie să depășească diametrul. Grosimea peretelui din partea inferioară a unei găuri oarbe trebuie să fie de cel puțin o -șesime din diametrul găurii pentru a evita contracția.
3. Orificii laterale
Găurile laterale sunt de obicei formate folosind miezuri laterale, ceea ce crește costul matriței și întreținerea, în special atunci când miezul lateral este lung și predispus la rupere. Dacă este fezabil, designul poate fi îmbunătățit, așa cum se arată în Figura 6, pentru a atenua aceste probleme.
Șefi în proiectarea pieselor din plastic
Bosurile ies de obicei din grosimea peretelui principal și sunt utilizate pentru asamblarea produsului, distanțarea obiectelor și susținerea altor componente. Bosele goale pot găzdui inserții sau șuruburi. Aceste aplicații necesită ca boșele să aibă o rezistență suficientă pentru a rezista la presiune fără crăpare. Bosurile sunt de obicei cilindrice, deoarece această formă este mai ușor de modelat și oferă proprietăți mecanice mai bune.
Integrarea cu Structura
În mod ideal, un șef nu ar trebui proiectat ca un cilindru izolat, ci ar trebui să fie conectat la peretele exterior sau utilizat împreună cu nervuri. Această abordare sporește puterea șefului și ajută la curgerea lină a materialului plastic. Conexiunea la peretele exterior ar trebui să fie un-perete subțire pentru a evita urmele de chiuvetă.
Raza fileului de la baza unde boșajul se conectează la substrat trebuie să fie de 0,4 până la 0,6 ori grosimea substratului. Grosimea peretelui boss trebuie să fie de 0,5 până la 0,75 ori grosimea substratului. Partea superioară a șurubului trebuie să fie teșită pentru a facilita instalarea șuruburilor. Sefii trebuie sa aiba si un unghi de pescaj. Aceste cerințe de proiectare sunt similare cu cele pentru nervuri, așa că un șef poate fi considerat o variație a unei nervuri. Consultați figurile 7 și 8 pentru aceste relații.
Bosses filetate pentru șuruburi auto-filetante
Mulți șuruburi sunt folosiți pentru conectarea șuruburilor autofiletante. Filetele interne de pe aceste boturi sunt formate printr-un proces de turnare-la rece, care modelează plasticul prin deformare, mai degrabă decât prin tăiere. Dimensiunile bofurilor filetate trebuie să fie suficiente pentru a rezista forțelor de introducere a șuruburilor și sarcinilor pe care le suportă. Diametrul alezajului de pe boșaj trebuie să asigure că șurubul rămâne sigur în condițiile specificate de cuplu și vibrații.
Diametrul exterior al boșajului trebuie să reziste la forțele circumferențiale generate în timpul strângerii șuruburilor fără a se rupe. Pentru a facilita introducerea șurubului, în partea superioară a șurubului este de obicei prevăzută o scufundare, cu un diametru puțin mai mare decât diametrul nominal al șurubului. Calcularea dimensiunilor șefului poate fi complexă.
Se recomandă o metodă simplificată de estimare, sugerată pe site-uri străine și bazată pe diametrul nominal al șurubului. Mai întâi, determinați materialul șurubului, apoi, pe baza coeficientului corespunzător din tabel, înlocuiți coeficientul în diametrul nominal al șurubului pentru a determina dimensiunea corespunzătoare.
Snap-Fit Connections in Plastic Part Design
Ansamblul-snap-fit este o metodă de conectare convenabilă, economică și ecologică. Componentele de fixare-snap-fit sunt turnate simultan cu produsul, eliminând necesitatea unor elemente de fixare suplimentare, cum ar fi șuruburi. Asamblarea presupune pur și simplu prinderea pieselor corespunzătoare împreună.
Principiul unei conexiuni snap-constă în împingerea unei părți proeminente a unei componente peste un obstacol de pe alta. Acest proces presupune deformare elastică; odată ce obstrucția este eliminată, piesa revine la forma sa inițială și se blochează pe loc, așa cum se arată în Figura 9. Conexiunile prin fixare-poate fi permanente sau detașabile.
Din punct de vedere structural, snap-pot fi clasificate în tipuri cantilever, inelare și sferice, așa cum se arată în Figura 10.
Unghiuri cheie și calcule
Unghiuri critice
Cele două unghiuri cheie în designul de fixare-snap-fit sunt unghiul de revenire (sau unghiul de reținere) și unghiul-de avans. În general, un unghi de întoarcere mai mare favorizează o potrivire mai sigură. Când unghiul de întoarcere se apropie de 90 de grade, conexiunea prin închidere-devine permanentă, așa cum se arată în Figura 11.
