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

Формовщик может регулировать температуру, давление, скорость впрыска и время охлаждения, а опытный специалист получит замечательные результаты при работе со сложной деталью. Чего не может сделать ни одна настройка процесса, так это заставить толстую бобышку охлаждаться с той же скоростью, что и тонкая стенка рядом с ней. Это геометрия, а геометрия определяется задолго до печати.

В этом руководстве рассматривается предотвращение дефектов на этапе проектирования: пять переменных геометрии, которые вызывают большинство проблем при литье, проектная причина каждого распространенного дефекта, правила для ребер и выступов, когда проектирование действительно не может решить проблему, а также контрольный список проверки, который необходимо выполнить перед выпуском детали для оснастки. Для исправления дефектов на уже работающем инструменте наше руководство по устранению дефектов формования на прессе охватывает технологическую сторону.

Большинство дефектов формования – это прежде всего проектные решения.

Впадины, коробления, пустоты и линии сварки обычно описываются как технологические проблемы, поскольку именно там они и обнаруживаются. На практике они обычно являются видимым результатом геометрического решения: стена, толщина которой резко меняется, выступ толще стены, на которой он установлен, затвор, расположенный там, где поток должен перемещаться от тонкого к толстому, или угол без радиуса. Регулировка процесса может уменьшить их серьезность и редко устраняет их.

Это имеет коммерческое значение, поскольку корректировки конструкции практически бесплатны до начала оснастки и дороги после нее. Изменение толщины стены в САПР стоит полдня. Такое же изменение после резки закаленной стали означает сварку и повторную механическую обработку.

Пять переменных конструкции, которые вызывают большинство дефектов

1. Равномерная толщина стенок

Это правило наиболее эффективного воздействия при проектировании деталей, и оно чаще всего нарушается. Толстые секции остывают медленнее, чем тонкие. Поскольку толстая область остывает последней и сжимается, она вытягивает материал с поверхности, образуя раковину, или образует внутреннюю пустоту, если кожа уже замерзла. Когда толстые и тонкие секции охлаждаются с разной скоростью в одной и той же детали, дифференциальная усадка приводит к деформации всей детали в результате деформации.

По возможности сохраняйте номинальную стенку постоянной по всей детали. Если конструкция действительно нуждается в массе в одной области, правильный подход обычно состоит в том, чтобы вырезать сердцевину из толстой секции, а не оставлять ее твердой, чтобы стена оставалась однородной, а прочность определялась геометрией, а не объемом.

2. Переходы между стенами

Если толщина должна измениться, это изменение должно быть постепенным, а не резким. Изменение толщины стенки приводит к внезапному изменению скорости охлаждения и концентрации напряжений на переходе, что проявляется в виде провалов на внешней поверхности и в качестве причины коробления детали. Смешивание перехода на расстоянии, а не его пошаговое удаление удаляет большую часть эффекта.

3. Расположение ворот

Затвор определяет направление потока пластика через полость, а направление потока определяет, где образуются линии сварки, где деталь заполняется в последнюю очередь и насколько эффективно удержание давления может уплотнить толстые области. Поток должен двигаться от толстых секций к тонким, потому что затвор, питающий тонкую область, сначала оставляет толстую область неспособной воспринимать удерживающее давление, что гарантирует там опускание и образование пустот.

Положение ворот также определяет, где появятся косметические доказательства. Каждые ворота оставляют след, поэтому по возможности место должно располагаться на некосметической поверхности. Линии сварного шва образуются там, где встречаются два фронта потока, обычно за отверстиями и вокруг вставок, и они являются одновременно косметическим знаком и настоящим слабым местом. Проектирование не может исключить линии сварки на детали с отверстиями, но дизайн плюс размещение литников решают, попадут ли они в структурно неважное место.

4. Черновик

Осадка — это конус, применяемый к стенам в направлении раскрытия формы, чтобы деталь освобождалась без перетаскивания. Без достаточной тяги выброс царапает поверхность, оставляя следы сопротивления, а в худших случаях вызывает напряжение или деформацию детали во время отпуска.

Требования к осадке возрастают с увеличением глубины и текстуры поверхности. Для глубокого элемента требуется больший конус, чем для мелкого, а для текстурированной поверхности требуется значительно больший конус, чем для гладкой, поскольку сама текстура действует как подрез. Применение уклона на позднем этапе проектирования является разрушительным, поскольку приводит к изменению размеров сопряжения, поэтому его лучше применять с самого начала.

5. Угловые радиусы

Острые внутренние углы вызывают три отдельные проблемы. Они концентрируют напряжение, из-за которого детали трескаются при эксплуатации. Они нарушают поток, создавая область, которая заполняется неравномерно. А в стали заставляют либо использовать специальный резак, либо электроэрозионную работу, что повышает стоимость оснастки.

Большие внутренние радиусы решают все три проблемы одновременно. Радиус угла, который сохраняет толщину стены через угол примерно равной толщине соседних стен, предотвращает образование локального утолщения, которое создает угол с плохими пропорциями.

Дефект за дефектом: конструктивная причина и конструктивное исправление.

Последний столбец является практически полезным. Там, где преобладает проектная причина, корректировка настроек процесса дает временное улучшение, отнимая при этом производственное время, а дефект возвращается при изменении условий. Там, где доминирует технологическая причина, изменение геометрии является дорогостоящим способом решения проблемы, которую решает настройка станка.

Правила проектирования ребер, бобышек и косынки

Ребра и выступы являются наиболее распространенным источником утоплений, нанесенных самим собой, поскольку оба они придают массу стене, которая в остальном была однородной.

• Толщина ребер должна составлять часть прилегающей стены, а не равняться ей. Ребро такой же толщины, как и стена, создает толстый стык и впадину на противоположной стороне.
• Добавьте уклон ребрам, чтобы они плавно открывались, помня, что для высокого ребра требуется больше сужения, чем для короткого.
• Ребра размещаются адекватно, а не теснят их, поскольку близко расположенные ребра ограничивают поток и усложняют охлаждение стали между ними.
• Если целью является жесткость, используйте несколько более мелких ребер, а не одно глубокое, поскольку глубина усложняет наполнение и извлечение.
• Удалите бобышки, а не оставляйте их цельными, чтобы толщина стенки бобышки соответствовала номинальной стенке.
• Поддерживайте высокие бобышки косынками, а не увеличивайте их диаметр, что приведет к повторному появлению толстой секции.
• Радиус основания каждого ребра и бобышки, что снижает концентрацию напряжений, не создавая при этом толстых стыков, если пропорции правильные.

В нашем руководстве по проектированию ребер и косынок подробно описаны пропорции и расстояние между ними, в том числе то, как конструкция ребер взаимодействует с жесткостью, которая действительно необходима детали.

Там, где дизайн не может это исправить

Некоторые проблемы на самом деле не относятся к геометрии, и рассмотрение их как ошибок проектирования приводит к потере времени.

• Расплывы и полосы на поверхности из-за влаги в гигроскопичных смолах, таких как поликарбонат и нейлон, являются проблемой сушки в печатной машине, а не проблемой дизайна.
• Следы поджогов на последней заполняемой области обычно связаны с проблемой вентиляции в инструменте или проблемой со скоростью впрыска в машине.
• Смещение размеров в ходе производственного цикла обычно отражает изменение процесса или контроль температуры инструмента, а не геометрию детали.
• Загрязнения и цветные полосы являются проблемами при обращении с материалами.
• Мигание на инструменте, который ранее работал чисто, указывает на износ инструмента или усилие зажима, а не на изменение конструкции.

Существует также категория, в которой ограничением является материал, а не геометрия. Смолы с высокой усадкой легче деформируются и хуже выдерживают допуски независимо от того, насколько тщательно спроектирована деталь, поэтому выбор материала и геометрии следует решать вместе. Наше сравнение материалов для литья под давлением показывает, как различается поведение усадки обычных смол и что это означает для ожидаемых допусков.

Контрольный список проверки проекта перед выпуском для оснастки

Запустите это до того, как инструмент будет указан. Адресовать каждый элемент в САПР недорого, а в стали — дорого.

1. Является ли номинальная толщина стенки постоянной по всей детали и является ли любое отклонение от нее преднамеренным и оправданным?
2. Все ли переходы толщины являются смешанными, а не ступенчатыми?
3. Толстые секции вырезаются, а не остаются цельными?
4. Толщина ребер пропорциональна прилегающей стене, а не соответствует ей?
5. Являются ли бобышки сердцевинами и поддерживаются косынками, а не дополнительным диаметром?
6. Имеет ли каждая поверхность в направлении отверстия формы уклон, а там, где задана текстура, дополнительный уклон?
7. Имеют ли внутренние углы радиус, обеспечивающий примерно постоянную толщину стены на протяжении всего угла?
8. Согласовано ли положение затвора и течет ли поток от толстых секций к тонким?
9. Где будут образовываться линии сварки и несет ли это место структурную нагрузку или косметические требования?
10. Имеются ли подрезы, требующие направляющих или подъемников, и принимаются ли дополнительные затраты на инструмент или можно ли перепроектировать эту функцию?
11. Соответствует ли выбранная смола ожидаемым допускам на чертеже, учитывая ее поведение при усадке?
12. Какие поверхности являются косметическими и удалена ли от них линия разъема?

Деталь, которая прошла все двенадцать испытаний, не гарантирует идеального формования, но она устраняет дефекты, вызванные геометрией, и оставляет формовщику проблемы, которые управление процессом действительно может решить.

Проверка конструкции перед применением оснастки

Обзор дизайна отражает то, что рецензент знает, что нужно искать. Физическая проверка улавливает все остальное. Создание прототипов деталей до того, как будет внедрена производственная оснастка, выявляет проблемы с посадкой и функционированием, в то время как изменения все еще дешевы, а там, где геометрия неопределенна, инструмент небольшого объема проверяет конструкцию в реальном процессе, прежде чем закаленная сталь будет разрезана.

Стоит четко понимать, что доказывает каждый маршрут проверки. Обработанные или напечатанные прототипы проверяют соответствие, сборку и многие функциональные требования, но они не воспроизводят поведение текучести, упаковки и усадки отлитой детали. Когда возникает проблема с раковиной, короблением или положением линии сварки, на этот вопрос отвечает только формованный образец, поэтому и существуют мостовые инструменты. Наша проверка прототипа перед оказанием услуг по оснащению охватывает оба направления.

Elite Mold Tech предоставляет дизайн для обратной связи с производством во время ценообразования на свои услуги по литью пластмасс под давлением, отмечая толщину стенок, осадку, пропорции ребер и проблемы с положением ворот, пока они все еще вносят изменения. Отправьте модель детали в Elite Mold Tech для проверки конструкции до того, как будет использована оснастка, а не для обсуждения дефектов после первых снимков.

Часто задаваемые вопросы