Устранение дефектов литья под давлением: как толщина стенок, расположение литников и уклон предотвращают провалы, деформации и короткие кадры

Литейщик может регулировать температуру, давление, скорость впрыска и время охлаждения, и опытный специалист добьется выдающихся результатов от сложной детали. Никакие настройки процесса не могут заставить толстый бобышку остыть с той же скоростью, что и тонкую стенку рядом с ней. Это геометрия, а геометрия решается задолго до пресса.

Данное руководство охватывает предотвращение дефектов на этапе проектирования: пять геометрических переменных, вызывающих большинство проблем при литье, конструктивную причину каждого распространенного дефекта, правила для ребер и бобышек, случаи, когда проектирование действительно не может решить проблему, и контрольный список для проверки перед выпуском детали для изготовления оснастки. Для исправления дефектов на уже работающем инструменте наше руководство по исправлению дефектов литья на прессе охватывает технологическую сторону.

Большинство дефектов литья — это в первую очередь проектные решения

Утяжины, коробление, пустоты и линии сварки обычно описываются как технологические проблемы, потому что именно там они обнаруживаются. На практике они, как правило, являются видимым результатом геометрического решения: стенка, резко меняющая толщину, бобышка толще, чем стена, на которой она расположена, впускное отверстие, расположенное там, где поток должен идти от тонкого к толстому, или угол без радиуса. Корректировка процесса может уменьшить их серьезность и редко устраняет их.

Это имеет коммерческое значение, потому что исправления в дизайне почти бесплатны до изготовления оснастки и дороги после него. Изменение толщины стенки в CAD стоит полдня. То же самое изменение после изготовления закаленной стали означает сварку и повторную обработку.

Пять проектных переменных, вызывающих большинство дефектов

1. Равномерная толщина стенки

Это правило с наибольшим рычагом в дизайне детали, и оно чаще всего нарушается. Толстые участки остывают медленнее, чем тонкие. Поскольку толстый участок остывает последним и сжимается, он вытягивает материал с поверхности, образуя утяжину, или образует внутреннюю пустоту, если кожа уже застыла. Там, где толстые и тонкие участки остывают с разной скоростью по всей детали, дифференциальное сжатие деформирует всю деталь в виде коробления.

По возможности сохраняйте номинальную толщину постоянной по всей детали. Там, где дизайн действительно требует массы в одном регионе, правильный подход обычно заключается в том, чтобы вырезать толстый участок, а не оставлять его сплошным, чтобы стенка оставалась равномерной, а прочность исходила из геометрии, а не из объема.

2. Переходы толщины стенки

Там, где толщина должна меняться, изменение должно быть постепенным, а не резким. Ступенька в толщине стенки создает резкое изменение скорости охлаждения и концентрацию напряжений на переходе, что проявляется как утяжина на внешней поверхности и как причина коробления детали. Сглаживание перехода на расстоянии вместо ступенчатого устраняет большую часть эффекта.

3. Расположение впускного отверстия

Впускное отверстие определяет направление потока пластика через полость, а направление потока определяет, где образуются линии сварки, где деталь заполняется последней и насколько эффективно давление выдержки может уплотнять толстые участки. Поток должен идти от толстых участков к тонким, потому что впускное отверстие, которое сначала подает тонкий участок, оставляет толстый участок неспособным получать давление выдержки, что гарантирует утяжины и пустоты там.

Положение впускного отверстия также определяет, где появляются косметические дефекты. Каждое впускное отверстие оставляет след, поэтому его следует располагать на не косметической поверхности, где это возможно. Линии сварки образуются там, где встречаются два фронта потока, обычно за отверстиями и вокруг вставок, и они являются как косметическим дефектом, так и реальной слабой точкой. Дизайн не может устранить линии сварки на детали с отверстиями, но дизайн плюс расположение впускного отверстия решают, попадут ли они в структурно незначимое место.

4. Уклон

Уклон — это конусность, применяемая к стенкам в направлении открытия формы, чтобы деталь извлекалась без заедания. Без достаточного уклона выталкиватель царапает поверхность, оставляя следы от заедания, а в худших случаях вызывает напряжения или деформирует деталь при извлечении.

Требования к уклону увеличиваются с глубиной и текстурой поверхности. Глубокая особенность требует большего конуса, чем мелкая, а текстурированная поверхность требует значительно большего, чем гладкая, потому что сама текстура действует как поднутрение. Применение уклона на поздней стадии проектирования нарушает работу, поскольку изменяет сопрягаемые размеры, поэтому лучше всего применять его с самого начала.

5. Радиусы углов

Острые внутренние углы вызывают три отдельные проблемы. Они концентрируют напряжения, из-за чего детали трескаются при эксплуатации. Они нарушают поток, создавая область неравномерного заполнения. А в стали они требуют либо специального инструмента, либо электроэрозионной обработки, что увеличивает стоимость оснастки.

Щедрые внутренние радиусы решают все три проблемы одновременно. Радиус угла, который сохраняет толщину стенки в углу примерно равной смежным стенкам, предотвращает локальный толстый участок, который создает плохо пропорциональный угол.

Дефект за дефектом: причина и исправление в дизайне

Последний столбец является практически полезным. Там, где доминирует причина в дизайне, корректировка настроек процесса дает временное улучшение, потребляя время производства, и дефект возвращается при отклонении условий. Там, где доминирует причина в процессе, изменение геометрии является дорогостоящим способом решения проблемы, которую решает настройка машины.

Правила проектирования ребер, бобышек и ребер жесткости

Ребра и бобышки являются наиболее частой причиной самонанесенных утяжин, поскольку оба добавляют массу к стене, которая в противном случае была бы равномерной.

• Сохраняйте толщину ребра долей примыкающей стенки, а не равной ей. Ребро толщиной со стенку создает толстое соединение и утяжину на противоположной стороне.
• Добавьте уклон к ребрам, чтобы они чисто извлекались, помня, что высокое ребро требует большего конуса, чем короткое.
• Располагайте ребра на достаточном расстоянии друг от друга, а не скученно, поскольку плотно расположенные ребра ограничивают поток и усложняют охлаждение в стали между ними.
• Используйте несколько более мелких ребер, а не одно глубокое, когда целью является жесткость, поскольку глубина усложняет заполнение и извлечение.
• Вырезайте бобышки, а не оставляйте их сплошными, чтобы толщина стенки бобышки соответствовала номинальной толщине стенки.
• Поддерживайте высокие бобышки ребрами жесткости, а не увеличением диаметра бобышки, что снова приведет к образованию толстого участка.
• Радиусируйте основание каждого ребра и бобышки, что уменьшает концентрацию напряжений, не создавая толстого соединения, если пропорции правильные.

Наше руководство по правилам проектирования ребер и ребер жесткости подробно описывает пропорции и расстояние, включая то, как дизайн ребер взаимодействует с фактической необходимой жесткостью детали.

Когда дизайн не может решить проблему

Некоторые проблемы действительно не связаны с геометрией, и рассматривать их как дефекты дизайна — пустая трата времени.

• Пятна и полосы на поверхности от влаги в гигроскопичных смолах, таких как поликарбонат и нейлон, являются проблемой сушки на прессе, а не проблемой дизайна.
• Подгоревшие пятна в последней заполняемой области обычно являются проблемой вентиляции в инструменте или проблемой скорости впрыска на машине.
• Дрейф размеров в течение производственного цикла обычно отражает вариации процесса или контроль температуры инструмента, а не геометрию детали.
• Загрязнение и полосы цвета — это проблемы обращения с материалом.
• Облой на инструменте, который ранее работал чисто, указывает на износ инструмента или силу смыкания, а не на изменение дизайна.

Существует также категория, где ограничением является материал, а не геометрия. Смолы с высоким коэффициентом усадки коробятся легче и хуже держат допуски независимо от того, насколько тщательно спроектирована деталь, поэтому материал и геометрия должны решаться вместе. Наше сравнение материалов для литья под давлением охватывает различия в поведении усадки различных распространенных смол и их значение для ожидаемых допусков.

Контрольный список для проверки дизайна перед выпуском для изготовления оснастки

Выполните это перед расчетом стоимости инструмента. Каждый пункт недорог для исправления в CAD и дорог для исправления в стали.

1. Является ли номинальная толщина стенки постоянной по всей детали, и каждое отклонение от нее преднамеренно и обоснованно?
2. Все ли переходы толщины сглажены, а не ступенчаты?
3. Являются ли толстые участки вырезаны, а не оставлены сплошными?
4. Пропорциональна ли толщина ребра примыкающей стенке, а не равна ей?
5. Являются ли бобышки вырезаны и поддерживаются ребрами жесткости, а не увеличенным диаметром?
6. Имеет ли каждая поверхность в направлении открытия формы уклон, с дополнительным уклоном там, где указана текстура?
7. Несут ли внутренние углы радиус, который сохраняет толщину стенки примерно постоянной в углу?
8. Согласовано ли положение впускного отверстия, и идет ли поток от толстых участков к тонким?
9. Где образуются линии сварки, и несет ли это место структурную нагрузку или косметическое требование?
10. Есть ли поднутрения, требующие ползунов или подъемников, и принята ли дополнительная стоимость оснастки или можно ли перепроектировать элемент?
11. Соответствует ли выбор смолы ожидаемым допускам на чертеже, учитывая ее поведение при усадке?
12. Какие поверхности являются косметическими, и не проходит ли линия разъема через них?

Деталь, прошедшая все двенадцать пунктов, не гарантированно будет отливаться идеально, но она устраняет дефекты, вызванные геометрией, и оставляет литейщику проблемы, которые контроль процесса действительно может решить.

Проверка дизайна перед заказом оснастки

Проверка дизайна выявляет то, что рецензент знает, что искать. Физическая валидация выявляет остальное. Изготовление прототипов деталей перед заказом производственной оснастки выявляет проблемы с подгонкой и функциональностью, пока изменения еще дешевы, а там, где геометрия неопределенна, низкообъемный инструмент проверяет дизайн в реальном процессе перед изготовлением закаленной стали.

Стоит прояснить, что доказывает каждый маршрут валидации. Обработанные или напечатанные прототипы проверяют подгонку, сборку и многие функциональные требования, но они не воспроизводят поведение потока, уплотнения и усадки формованной детали. Там, где беспокойство вызывают утяжины, коробление или положение линии сварки, отвечает только формованный образец, поэтому существует промежуточная оснастка. Наши услуги по валидации прототипов перед изготовлением оснастки охватывают оба маршрута.

Elite Mold Tech предоставляет обратную связь по проектированию для производства во время расчета стоимости своих услуг по литью пластмасс под давлением, отмечая проблемы с толщиной стенки, уклоном, пропорциями ребер и положением впускного отверстия, пока они еще являются изменениями в чертежах. Отправьте модель детали в Elite Mold Tech для проверки дизайна перед заказом оснастки вместо обсуждения дефектов после первых выстрелов.

Часто задаваемые вопросы