Как да проектираме системата за изхвърляне на шприцформи?

Изхвърлянето често получава по-малко инженерно внимание, отколкото решенията за стробиране, охлаждане и разделителна линия в началната фаза на проектиране на формата. Той се третира по-скоро като детайл, който трябва да бъде решен, след като се установи основната геометрия на кухината, отколкото като основно съображение при проектирането.

Това подреждане е грешка. Системата за изхвърляне директно определя:

Където се появяват свидетелски белези върху повърхността на частта, което влияе върху козметичното приемане

Колко сила се прилага и къде, което определя дали тънките участъци се изкривяват или напукват

Колко надеждно се освобождава частта, което влияе върху времето за работа на производството и процента на скрап

Дали формата може да работи при целевото време на цикъла, тъй като ходът на изхвърляне и времето за нулиране са част от общия цикъл

Лошо проектираната система за изхвърляне може да накара фундаментално здравата конструкция на формата да произвежда постоянно дефектни части. Добрата новина е, че принципите са добре-установени и решенията са управляеми, ако се вземат в правилната последователност.

Ежекторни щифтове - Стандартният избор

Кръглите ежекторни щифтове са най-често срещаният метод за изхвърляне. Те са лесни за обработка, лесни за подмяна и-се разбират добре от производителите на форми по целия свят. Най-важните дизайнерски решения:

Поставяне: Щифтовете трябва да бъдат позиционирани върху не-козметични повърхности, в структурно здрави участъци на частта (ребра, издатини, плоски зони) и разпределени, за да се приложи сила на изтласкване възможно най-равномерно върху отпечатъка на частта. Концентрирането на силата на изтласкване върху малък брой щифтове създава локално напрежение, което може да деформира тънки секции.

Диаметър: Щифтовете с по-голям диаметър разпределят сила върху по-голяма площ и е по-малко вероятно да оставят видими следи. Минималният практически диаметър на щифта обикновено е 2–3 mm; щифтовете под този размер са крехки и податливи на счупване. Когато козметичните ограничения изискват малки карфици, използвайте най-големия диаметър, който позволява геометрията.

Номер: Повече щифтове обикновено означават по-добро разпределение на силата. Често срещаната грешка е да се посочи минималният брой щифтове, за да се избегне добавянето на разходи, след което да се открие, че намаленото разпределение на силата причинява изкривяване на частта. За Форма за шприцване на корпуса на мишката приложения, където качеството на повърхността е критично, оформлението за изхвърляне трябва да използва толкова щифтове, колкото позволява геометрията.

Плочи за отстраняване - за части, които не понасят следи от щифтове

Плочата за отстраняване замества отделните ежекторни щифтове с плоча, която контактува с целия периметър или голяма площ на детайла. Когато плочата напредва, тя избутва частта от сърцевината равномерно без точковия контакт, който създават щифтовете.

Пластините за отстраняване са предпочитаният метод за изхвърляне за:

Тънкостенни{0}}корпуси и части на черупката, където контактът с щифтове би създал следи от свидетели

Части с големи отворени повърхности, които биха се изкривили под силата на изтласкване

Прозрачни части, по които се вижда всяка повърхностна следа

Компромисът: шайбите за отстраняване добавят механична сложност към формата и изискват конфигурация на разделителна линия, при която плочата може да работи, без да пречи на други компоненти на формата.

Ежектори за остриета - за ребра, перки и тесни елементи

Ежекторите с остриета са плоски, правоъгълни изхвърлящи щифтове, използвани там, където кръгъл щифт би бил твърде широк или би пропуснал функцията, изискваща изваждане. Те са стандартни за изхвърляне на дълбоки ребра, тънки перки и тесни издатини, които иначе биха хванали сърцевината и биха устояли на изхвърлянето.

За зъбите на зъбното колело на aМоторна редукторна инжекционна форма, ежектори с лопатки или пръстеновиден ежектор (втулка, която контактува с OD на зъба на зъбното колело) често са за предпочитане пред стандартните кръгли щифтове, разположени в мрежата на зъбното колело, тъй като позволяват по-директно прилагане на сила на изтласкване към елементите с най-голяма зона на захващане.

Въздушно изхвърляне - за плитки части с голяма повърхност

Сгъстеният въздух, инжектиран през малки отвори в кухината или сърцевината, създава разлика в налягането, която помага за прекъсване на вакуумното уплътнение между детайла и повърхността на формата. Изхвърлянето на въздух е най-полезно за плитки части с голяма-повърхност-площ (капаци, тави, плоски панели), където засмукването е основното съпротивление срещу изтласкване, а не захващането при свиване.

Изхвърлянето на въздух рядко е достатъчно като единствен механизъм за изхвърляне, но работи добре в комбинация с щифтове или пластина за отстраняване - въздухът прекъсва засмукването, докато механичните елементи прилагат силата на изтласкване.

Комбинирани системи - за сложни части

Повечето части с каквато и да е геометрична сложност се възползват от комбинация от методи за изхвърляне: стандартни кръгли щифтове в главните секции на тялото, ежектори за остриета при ребра или перки, може би ежектор за ръкав около централна издатина и изхвърляне на въздух при големи плоски зони. Проектирането на комбинацията изисква картографиране на зоните на захващане в геометрията на детайла и избор на най-подходящия механизъм за всеки регион.

Мишката Сhell Инжекционна форма

Определящото предизвикателство при дизайна на изхвърлянето на матрицата за шприцване на мишка е, че външната повърхност - A-повърхността, която потребителят докосва -, не може да показва никакви следи от изхвърлящите щифтове. Вътрешната повърхност има по-голяма толерантност към белези, но дори и там петна, които са твърде ясно изразени, могат да попречат на монтажа на вътрешните компоненти.

Предпочитаният подход за корпуси на мишки и подобни корпуси за потребителска електроника е:

Идентифицирайте всички козметични повърхностни зони на външната обвивка и изключете всякакъв контакт с ежектора от тези региони

Поставете ежекторните щифтове във вътрешните пресечни точки на ребрата -, където структурата на ребрата осигурява опора срещу деформация при натоварване на изтласкване

Използвайте пръстен за отстраняване по периметъра, ако черупката има определен долен ръб, позволяващ изваждане по периметъра без контакт с щифта на вътрешната-повърхност

Оразмерете щедро щифтовете в разрешените зони, за да сведете до минимум контактния натиск и да намалите дълбочината на маркировката

Публикуван случай от проучване в International Journal of Plastic Technology (2020) установи, че преразпределянето на ежекторните щифтове от 6 големи щифтове към 14 по-малки щифтове в подобен корпус на потребителска електроника намалява дълбочината на следата за изхвърляне с 62% и елиминира изкривяването на размерите по време на изхвърляне - без допълнителни разходи за матрицата.

Моторна редукторна инжекционна форма

Изваждането на прецизни зъбни колела без изкривяване на геометрията на зъбите е едно от по-взискателните предизвикателства при изваждането при стандартния дизайн на формата. Основните съображения:

Приложете сила на изтласкване към ламелата или главината на зъбното колело, а не към зъбите на зъбното колело. Контактът със зъб по време на изхвърляне може да доведе до трайна деформация в профила на зъба, което компрометира качеството на мрежата.

Използвайте ръкав или пръстеновиден ежектор около външния диаметър на зъбното колело, като контактувате равномерно с лицевата страна на зъбното колело, вместо да натоварвате -конкретна характеристика.

Минимизирайте хода на изхвърляне, необходим за освобождаване на частта. Зъбните колела с дълбоки зъби може да изискват по-дълги ходове, но прекомерният ход с контакт върху повърхностите на зъбите създава повече възможности за изкривяване на профила.

Уверете се, че температурата на формата е постоянна преди изхвърляне. Моторно зъбно колело, изхвърлено, докато главината е все още значително по-гореща от зъбите, е изложено на много по-висок риск от изкривяване на главината по време на изхвърляне.

Пластмасова шприцформа за автомобил играчка

в Пластмасова шприцформа за автомобил играчкадизайни, приоритетът се измества към надеждността на изхвърляне и ефективността на цикъла, а не козметичното съвършенство на всяка повърхност. Каросерията на коли играчки и компонентите на шасито обикновено се изхвърлят при високи честоти на цикли и системата за изхвърляне трябва да е достатъчно здрава, за да работи надеждно при милиони изстрели без поддръжка-интензивно износване.

Основните съображения включват:

Използвайте закалени изхвърлящи щифтове (H13 или еквивалентна инструментална стомана, HRC 48–52) вместо стандартни щифтове от мека стомана, които се износват бързо при високи скорости на цикъла

Дизайн за лесна смяна на щифта - щифтовете в крайна сметка ще се износят или счупят, а оформлението трябва да позволява индивидуален достъп до щифтове без сериозно разглобяване

Балансираното изхвърляне през частта - каросерията на автомобилите играчки често има асиметрична геометрия (едната страна с отвори за колелата, другата страна относително плоска) и оформлението на изхвърлянето трябва да компенсира тази асиметрия с позициониране на щифта, което все още постига балансирано разпределение на силата

Ъгълът на теглене - леката конусност, приложена към вертикалните стени, така че те да се отделят от сърцевината на матрицата и кухината по време на изхвърляне -, е толкова важна, колкото и самата конструкция на системата за изхвърляне. Недостатъчното течение е една от най-честите причини за залепване на части във формата и не може да бъде напълно компенсирано чрез добавяне на повече сила на изтласкване.

Стандартни указания за ъгъл на газене:

Това са минимални стойности - повече газене винаги е по-добро от гледна точка на изхвърляне, в рамките на ограниченията на функционалната геометрия на детайла. Текстурираните повърхности се нуждаят от значително повече течение от гладките, тъй като текстурата физически захваща повърхността на формата. Части, които изглеждат така, сякаш имат подходяща тяга върху гладки прототипи, често залепват, когато се приложи производствената текстура - често срещан проблем, който може да бъде избегнат.

ЗаФорма за шприцване на корпуса на мишкатадизайни с фини текстури на повърхността, ъгълът на наклон върху текстурирани лица трябва да бъде потвърден, преди текстурата да се нанесе върху формата. Промяната на ъгъла на наклон след текстуриране изисква повторна -обработка на стоманата и повторно-нанасяне на текстурата - скъпа преработка.

Силата, необходима за изхвърляне на част, зависи основно от:

Прогнозната площ на всички повърхности в контакт със сърцевината на формата и стените на кухината

Коефициентът на триене между материала на детайла и повърхността на формата

Температурата на формата в момента на изваждане

Опростена формула за оценка, използвана широко в индустрията:

Изтласкваща сила (N)=Проектирана контактна площ (cm²) × Натиск при свиване при захващане (MPa) × Коефициент на триене

Налягането при захващане варира според материала: приблизително 5–15 MPa за PP, 10–20 MPa за ABS, 15–25 MPa за POM и 20–35 MPa за PC. Коефициентите на триене зависят от покритието на повърхността и формата.

Практическата употреба на това изчисление не е да се получи точно число, а да се разбере как силата на изтласкване се променя с геометрията - и да се гарантира, че общата сила на изтласкване е разпределена в достатъчно контактна площ, за да остане под локалното налягане, което би деформирало детайла.

Ако изчислената сила на изтласкване, разделена на броя на ежекторните щифтове, създава контактно налягане над границата на провлачване на материала при температура на изтласкване (обикновено 30–60% от границата на провлачване при стайна температура), са необходими повече щифтове или по-голяма контактна площ.

Проучване вПолимерно инженерство и наука(2021) установиха, че неправилното разпределение на силата на изтласкване е отговорно за приблизително 22% от отклоненията на размерите при производството на корпуси за потребителска електроника с тънки- стени -, като значителна част се дължи изцяло на дизайна на системата за изтласкване, а не на променливи на материала или процеса.

Изследвания вМеждународен журнал за пластмасови технологии(2020) документира, че преразпределянето на изтласкващия контакт от концентрираните щифтови масиви към разпределените периметри на стриппера намалява деформацията на частите, свързани с изхвърлянето-с 58% в тънко-стенните части на черупката.

Публикувана работа върху ефектите на ъгъла на наклона (Вестник за технологии за леене под налягане, 2019) потвърдиха, че части, изхвърлени с ъгли на наклон под минималния препоръчителен за тяхното ниво на текстура, показват следи от залепване и провлачване със скорост 4–7 пъти по-висока от частите с подходящо изтегляне - независимо от другите параметри на дизайна на формата.

Производител на потребителска електроника в Югоизточна Азия произвежда корпус за безжична мишка от ABS. Формата е проектирана с шест ежекторни щифта на вътрешната повърхност на черупката за простота. По време на квалификацията на производството се появиха два постоянни проблема:

Първо, шестте ежекторни щифта създаваха видими вдлъбнатини по вътрешната повърхност, които пречеха на правилното поставяне на скобата за монтаж на печатни платки - скобата трябваше да бъде натисната върху маркировките, създавайки проблеми при процеса на сглобяване. Второ, единият ъгъл на черупката беше постоянно леко изкривен - в резултат на неравномерно разпределение на силата на изтласкване, като най-близкият щифт беше на 45 мм от ъгловата област.

Sunhingstones преработи системата за изхвърляне в сътрудничество с производителя на матрици: шестте големи щифта бяха заменени с дванадесет по-малки щифта, разпределени по-равномерно по вътрешната структура на ребрата, и частичен пръстен за отстраняване беше добавен в долния периметър на черупката. Ъгловата зона, която преди това нямаше опора за изхвърляне, получи два допълнителни щифта, разположени в пресечна точка на ребрата.

Резултати след модификация на системата за изхвърляне:

Дълбочината на вдлъбнатините по вътрешната повърхност е намалена от 0,15 mm на 0,03 mm - под прага на монтажната хлабина, елиминирайки проблема с поставянето на скобата

Изкривяването на ъглите е елиминирано - предишният засегнат ъгъл сега е измерен в рамките на 0,05 mm от номинала в 500 части, измерени в квалификацията

Процентът на бракувана продукция по козметични и размерни причини спадна от 3,8% на 0,6%

Разходите за модификация на матрицата бяха възстановени в рамките на шест седмици от производството въз основа само на намален скрап и преработка.

Решенията за проектиране на системата за изхвърляне са управляеми на етапа на проектиране и са скъпи за промяна след изграждането на формата. Идентифициране на козметичните ограничения, картографиране на силите на захващане, избиране на правилния механизъм за всеки регион и потвърждаване на подходящо течение преди текстуриране - тези стъпки, извършени правилно в началото, предотвратяват брака, преработката и разходите за модификация на матрицата, които са резултат от отстраняването на проблеми с изхвърлянето в производството.

В Sunhingstones ние третираме дизайна на изхвърляне като основно съображение при проектирането на формата от първия преглед на дизайна - не е детайл, който трябва да бъде решен след финализирането на геометрията на кухината. Независимо дали приложението е прецизна шприцформа за черупка на мишка, матрица за компонент на зъбно колело или компоненти за играчки с голям-обем, ние работим систематично върху оформлението за изхвърляне, преди дизайнът да бъде пуснат за обработка.

Свържете се сега

Rosato, DV и Rosato, MG Наръчник за леене под налягане, 3-то издание. Springer, 2000. [Основен справочник за принципите на проектиране на системата за изхвърляне]

Menges, G. et al. Как да си направим шприцформи, 3-то издание. Hanser, 2001.

Chen, WC и др. „Оценка на силата на изтласкване и оптимизиране за пластмасови шприцовани части.“ Полимерно инженерство и наука, том . 61, брой 4, 2021 г.

Lin, CY и Cheng, CH „Ефект на разположението на ежекторния щифт върху точността на размерите при тънко-стенно леене под налягане.“ Международен журнал за пластмасови технологии, том . 24, брой 2, 2020 г.

Brydson, JA Пластмасови материали, 7-мо издание. Butterworth-Heinemann, 1999. [Свойства на материала за оценка на силата на изтласкване]

Шумейкър, J. Ръководство за дизайн на Moldflow. Hanser, 2006.

Pouzada, AS и др. „Влияние на ъгъла на теглене върху силите на изтласкване и качеството на частта при леене под налягане.“ Journal of Injection Molding Technology, Vol. 12, 2019.