Опитните продуктови дизайнери притежават задълбочено разбиране на процеса на леене под налягане и вземат предвид множество фактори при проектирането на пластмасови части. Тази статия се фокусира върху ключови елементи при проектирането на пластмасови формовани части, като дебелина на стената, ъгъл на наклон, ребра, дупки, издатини, щракащи-напасвания, пресови напасвания и допуски.
Дебелина на стената при дизайн на пластмасова част
Определянето на подходящата дебелина на стената е от решаващо значение. Други характеристики, като ребра и радиуси, са свързани с дебелината на стената. Дебелината на стената на пластмасов продукт зависи от различни фактори, включително външни сили, които трябва да издържа, опора за други компоненти, свойства на пластмасовия материал, тегло, електрически характеристики, точност на размерите, стабилност и изисквания за сглобяване.
Обикновено дебелината на стената на термопластичните материали варира от 1 до 6 mm, като най-често срещаната е 2 до 3 mm. За части с по-големи-размери дебелината на стената може да надвишава 6 mm. Таблица 1 изброява препоръчителните стойности на дебелината на стената за различни термопластични материали.
Равномерност на дебелината на стената
Равномерната дебелина на стените е ключов принцип при проектирането на пластмасови части. Не-равномерната дебелина на стените води до непостоянен поток на стопилка и свиване при охлаждане, което води до дефекти като следи от потъване, кухини, деформация и дори напукване. Освен това може да причини следи от свиване, вътрешно напрежение, деформация, разлики в цвета или промени в прозрачността. Твърде тънките стени могат да намалят здравината и твърдостта на частта по време на употреба и сглобяване. От икономическа гледна точка твърде дебелите части увеличават разходите за материали и времето за производство. По-дебелите пластмасови повърхности се охлаждат по-бавно и са податливи на следи от потъване. Фигура 1 илюстрира дизайн с еднаква дебелина на стената.
Ако преходът от по-дебел към по-тънък участък е неизбежен, той трябва да бъде постепенен, като се поддържа максимално съотношение на дебелината на стената 3:1, както е показано на фигура 2.
В много случаи дизайнерите могат да използват ребра, за да променят дебелината на стената. Това не само спестява материал, намалява производствените разходи, но и съкращава времето за охлаждане. Времето за охлаждане е приблизително пропорционално на дебелината на стената.
Освен това, дизайнерите трябва също да вземат предвид дължината на пътя на потока, което е разстоянието, което стопеният материал изминава от портата до различни части на кухината. Обикновено дължината на пътя на потока е пропорционална на дебелината на стената. Колкото по-голяма е дебелината на стената, толкова по-дълъг е пътят на потока. Ако съотношението на дължината на пътя на потока към дебелината на стената е твърде високо, недостатъчен материал или непълно запълване може да се получи далеч от шибъра. Следователно в някои случаи може да се наложи увеличаване на дебелината на стената.
Остри ъгли
Острите ъгли често водят до дефекти на частите и концентрация на напрежение. Тези области са предразположени към натрупване на материал по време на последваща-обработка, като галванопластика или боядисване. Концентрацията на напрежение може да доведе до счупване на частта при натоварване или удар. Следователно при проектирането трябва да се избягват остри ъгли. Фигура 3 показва пример за дизайн с остър ъгъл.
Съображения за ъгъл на подход и посока на изтласкване
Посока на изхвърляне и разделителна линия
В началото на проектирането на продукта за впръскване е от решаващо значение да се определи посоката на изхвърляне и линията на разделяне. Това свежда до минимум нуждата от механизми за странично-действие и намалява влиянието на разделителната линия върху външния вид. След като посоката на изхвърляне е определена, структури като ребра, фиксиращи -напасвания и издатини трябва да бъдат подравнени с нея, за да се избегнат странични-действия, да се намалят плетените линии и да се удължи живота на формата. Впоследствие може да бъде избрана подходяща разделителна линия, за да се подобри външния вид и ефективността на продукта.
Когато част се извади от формата, тя трябва да преодолее силата на изтласкване и силата на отваряне. Силата на отваряне се отнася до процеса на отделяне на частта от кухината. Докато частта се охлажда във формата, тя се свива, което кара стените на дупката да захванат плътно сърцевината. Триенето между частта и сърцевината, вакуумната адхезия на дъното на отворите и други фактори правят силата на изтласкване много по-голяма от силата на отваряне. Прекомерната сила на изтласкване може да причини деформация на частта, избелване, набръчкване и износване на повърхността.
Ъгъл на газене
Ъгълът на газене е критичен при определяне на големината на силата на изтласкване. Тъй като шприцованите части често се залепват към сърцевината (мъжката част) след охлаждане и свиване, използването на един и същ ъгъл на наклон както на кухината, така и на сърцевината осигурява еднаква дебелина на стената и предотвратява залепването на частта към по-горещата кухина след изхвърляне. В специални случаи, ако е необходимо частта да се придържа към кухината след изхвърляне, ъгълът на наклон върху съседната кухина може да бъде намален или може да се добави умишлено подрязване към кухината.
Няма фиксирана стойност за ъгъла на газене; обикновено се определя емпирично. Ъгъл на наклон от 1/8 или 1/4 градуса може да се използва върху силно полирани външни стени. За по-дълбоки части или части с текстури ъгълът на наклон трябва да се увеличи съответно. Обикновено за всеки 0,025 mm дълбочина на текстурата ъгълът на наклон трябва да се увеличи с 1 градус.
Освен това, въпреки че по-големите ъгли на наклона обикновено улесняват изваждането на детайлите от формата, поддържането на точността на размерите е от първостепенно значение. Грешките в размерите, причинени от ъгъла на наклона, трябва да се поддържат в рамките на толеранса за точност. За части с голямо свиване или сложни форми трябва да се има предвид по-голям ъгъл на наклон.
Ребра в дизайн на пластмасови части
Здравината на една пластмасова част не зависи само от нарастващата дебелина на стената. Всъщност увеличаването на дебелината на стената води до по-голямо свиване, което води до вътрешни напрежения, които всъщност намаляват якостта. Ключът към подобряване на здравината на пластмасовата част се крие в нейната твърдост. Това често се постига чрез комбиниране на тънко-стенна структура със стратегически разположени ребра за увеличаване на модула на сечението.
Съображения за дизайн на ребрата
Добавянето на ребра обаче увеличава дебелината на кръстовището с основната стена. Тази дебелина обикновено се определя от диаметъра на най-големия вписан кръг, който от своя страна се определя от дебелината на реброто и радиуса на основата. За дебелина на основната стена от 4 mm, промяната на дебелината на реброто и радиуса на основата променя диаметъра на най-големия вписан кръг. Фигура 4 показва как увеличената локална дебелина на стената може да доведе до следи от мивка на противоположната повърхност, което засяга външния вид. Рационалният дизайн може да намали вероятността от хлътване на повърхността, като по този начин подобри качеството на частта.
Анализът показва, че дебелината на реброто трябва да бъде сведена до минимум в рамките на определен диапазон. Ако реброто е твърде тънко, височината му трябва да се увеличи, за да се запази твърдостта. Прекалено тънките ребра обаче могат да доведат до изкривяване по време на шприцване, трудности при пълнене на матрицата и залепване към матрицата. Радиусът в основата на реброто не трябва да бъде твърде малък, за да се избегне концентрацията на напрежението.
Обикновено коренният радиус на реброто трябва да бъде поне 40% от дебелината на реброто. Дебелината на ребрата трябва да бъде 50% до 75% от дебелината на основната стена, като по-високите проценти са приложими само за материали с ниско свиване. Височината на ребрата трябва да бъде по-малка от пет пъти дебелината на основата. Ребрата трябва да имат ъгъл на теглене и тяхната ориентация трябва да бъде подравнена с посоката на изхвърляне или могат да се използват подвижни компоненти на формата. Разстоянието между ребрата трябва да бъде повече от два пъти дебелината на основата.
За да се постигне еднаква твърдост във всички посоки, най-простият метод е да се добавят ребра както надлъжно, така и напречно, като ребрата се пресичат перпендикулярно. Това обаче увеличава дебелината на стената в пресечната точка, което води до по-голямо свиване. Обичайно решение е да се добави кръгъл отвор в пресечната точка, за да се образува еднаква дебелина на стената, както е показано на фигура 5.
Проектни съображения за дупки в пластмасови части
1. Разположение и здравина на отвора
Обичайна практика е да се вграждат дупки в пластмасови части за по-лесно сглобяване или функционални цели. В идеалния случай размерът и местоположението на тези отвори не трябва да компрометират здравината на продукта или да усложняват производството. Основни съображения:
Разстоянието между съседни дупки или разстоянието от дупка до най-близкия ръб трябва да е поне равно на диаметъра на дупката. Това е особено важно за дупки близо до ръбове, за да се предотврати счупване. За отвори с резба разстоянието от отвора до ръба на продукта обикновено е по-голямо от три пъти диаметъра на отвора.
2. Видове дупки
Дупките се предлагат в различни видове, като проходни отвори, глухи отвори и стъпаловидни отвори. От гледна точка на монтажа, проходните отвори са по-често срещани и по-лесни за обработка от глухите отвори. По отношение на дизайна на формата, структурата за проходните отвори е по-опростена. Те могат да бъдат оформени чрез поставяне на сърцевини както върху подвижните, така и върху неподвижните части на матрицата или чрез използване на едно ядро само в една част. Първият създава две конзолни греди под действието на разтопена пластмаса, но поради късите дължини на гредата, деформацията е минимална. Последният обикновено образува просто поддържана греда, също с минимална деформация. Когато се използват две сърцевини, техните диаметри трябва да са малко по-различни, за да се предотврати неправилно подравняване и да се осигури гладка повърхност на свързване. Слепите отвори, образувани от щифтове на конзолна сърцевина, са по-податливи на огъване под въздействието на разтопена пластмаса, което води до неправилни форми на отворите. Обикновено дълбочината на глухия отвор не трябва да надвишава два пъти неговия диаметър. За глухи отвори с диаметър 1,5 мм или по-малко, дълбочината не трябва да надвишава диаметъра. Дебелината на стената на дъното на глухия отвор трябва да бъде поне една-шеста от диаметъра на отвора, за да се избегне свиване.
3. Странични отвори
Страничните отвори обикновено се формират с помощта на странични сърцевини, което увеличава разходите за матрица и поддръжката, особено когато страничната сърцевина е дълга и податлива на счупване. Ако е възможно, дизайнът може да бъде подобрен, както е показано на Фигура 6, за да смекчи тези проблеми.
Шефове в дизайна на пластмасови части
Издатините обикновено стърчат от основната дебелина на стената и се използват за сглобяване на продукти, раздалечаване на обекти и поддържане на други компоненти. Кухите издатини могат да побират вложки или винтове. Тези приложения изискват главите да имат достатъчна здравина, за да издържат на натиск без напукване. Главите обикновено са цилиндрични, тъй като тази форма е по-лесна за формоване и предлага по-добри механични свойства.
Интеграция със структура
В идеалния случай издатината не трябва да бъде проектирана като изолиран цилиндър, а трябва да бъде свързана с външната стена или да се използва заедно с ребра. Този подход повишава силата на боса и спомага за плавния поток на пластмасовия материал. Връзката с външната стена трябва да бъде връзка с тънка-стена, за да се избегнат следи от мивка.
Радиусът на филетата в основата, където издатината се свързва с субстрата, трябва да бъде 0,4 до 0,6 пъти дебелината на субстрата. Дебелината на стената на втулката трябва да бъде 0,5 до 0,75 пъти дебелината на основата. Горната част на издатината трябва да бъде скосена, за да се улесни монтажа на винта. Шефовете също трябва да имат ъгъл на теглене. Тези изисквания за проектиране са подобни на тези за ребра, така че издатината може да се счита за вариант на ребро. Вижте фигури 7 и 8 за тези взаимоотношения.
Глави с резба за самонарезни-винтове
Много издатини се използват за свързване на -самонарезни винтове. Вътрешните резби на тези издатини са оформени чрез процес на студено-формоване, който оформя пластмасата чрез деформация, а не чрез рязане. Размерите на резбовите издатини трябва да са достатъчни, за да издържат на силите на завинтване на винта и натоварването, което носят. Диаметърът на отвора на втулката трябва да гарантира, че винтът остава сигурен при определени условия на въртящ момент и вибрации.
Външният диаметър на втулката трябва да издържа на периферните сили, генерирани по време на затягане на винта, без да се счупи. За да се улесни поставянето на винта, в горната част на втулката обикновено се осигурява зенкер с диаметър малко по-голям от номиналния диаметър на винта. Изчисляването на размерите на шефа може да бъде сложно.
Препоръчва се опростен метод за оценка, предложен на чужди уебсайтове и базиран на номиналния диаметър на винта. Първо определете материала на винта, след това, въз основа на съответния коефициент в таблицата, заменете коефициента в номиналния диаметър на винта, за да определите подходящия размер.
С{0}}захващащи се връзки в дизайна на пластмасови части
С-монтирането с щракване е удобен, икономичен и екологичен метод на свързване. Компонентите с -захващане се формоват едновременно с продукта, елиминирайки необходимостта от допълнителни крепежни елементи като винтове. Сглобяването включва просто свързване на съответните части заедно.
Принципът на свързване с щракване включва избутване на изпъкнала част от един компонент върху препятствие върху друг. Този процес включва еластична деформация; след като препятствието бъде премахнато, частта се връща в оригиналната си форма и се заключва на място, както е показано на Фигура 9. Връзките с щракване могат да бъдат постоянни или разглобяеми.
Структурно приспособленията с щракване могат да бъдат класифицирани в конзолни, пръстеновидни и сферични типове, както е показано на Фигура 10.
Ключови ъгли и изчисления
Критични ъгли
Двата ключови ъгъла в дизайна със захващане-са обратен ъгъл (или ъгъл на задържане) и водещ-ъгъл. Обикновено по-големият ъгъл на връщане благоприятства по-сигурното прилягане. Когато ъгълът на връщане се доближи до 90 градуса, фиксиращата-връзка става постоянна, както е показано на Фигура 11.
